Представьте волчок. Пока она вращается быстро, ее ось стоит ровно. Но стоит ей чуть-чуть замедлиться — и верхушка начинает выписывать круг в воздухе. Вот наклоняется то в одну сторону, то в другую, и кончик волчка рисует невидимый круг над полом.
А теперь представим, что волчок — это наша планета Земля. Она тоже вращается вокруг своей оси, и эта ось тоже не стоит идеально неподвижно — она медленно, очень медленно «качается», описывая конус в пространстве. Это явление называют прецессией земной оси. Оно настолько медленно, что заметить его за одну человеческую жизнь практически невозможно. Но за тысячи лет последствия становятся колоссальными, и они касаются, среди прочего, зодиакальных созвездий.
Что именно происходит с осью Земли
Земная ось — это воображаемая линия, вокруг которой вращается наша планета. Она проходит через Северный и Южный географические полюса Земли. Эта ось наклонена примерно на 23,5 градуса по отношению к перпендикуляру к плоскости земной орбиты. Именно благодаря этому наклону на Земле меняются времена года: когда одно из полушарий наклонено к Солнцу, там продолжается лето, а когда от Солнца — зима.
Но этот уклон не зафиксирован в пространстве навсегда. Ось Земли медленно описывает конус, сохраняя угол наклона примерно одинаковым (те же ~23,5°), но меняя направление, куда «смотрит» ее верхушка. Один полный оборот этого конуса занимает около 25 770 лет. Это и есть полный цикл прецессии.
То есть за сто лет ось смещается примерно на 1,4 градуса. Это меньше, чем диаметр диска полной Луны на ночном небе. Так что за одно поколение никто ничего не заметит. Но за 2000 лет набегает уже почти 28 градусов, а это очень много для земного наблюдателя.
Почему ось «качается»: гравитация и форма Земли
Земля — не идеальный шар, она немного сплющена у полюсов и «раздута» на экваторе. Эта экваториальная выпуклость является результатом вращения: центробежная сила растягивает планету вдоль экватора. Разница, кстати, невелика: экваториальный радиус Земли лишь примерно на 21 км больше полярного, но для гравитационного воздействия этого достаточно.
Солнце и Луна тянут эту «выпуклость» к себе. Так как ось Земли наклонена, экваториальная выпуклость не лежит в плоскости орбиты, а выступает под углом. Гравитация Солнца и Луны «старается» выровнять ось, то есть поставить экватор в плоскость орбиты. Но поскольку Земля вращается, возникает эффект, аналогичный волчку: вместо того чтобы выровняться, ось начинает медленно описывать конус. Гравитация тянет волчок вниз, но из-за вращения он не падает, а вырисовывает круги верхушкой. С Землей действует аналогичный принцип, только вместо силы тяжести, действующей на волчок, здесь прецессию вызывает гравитационное воздействие Солнца и Луны на экваториальное утолщение Земли, а вместо маленького волчка — целая планета массой около 6 × 10²⁴ кг.
Полярная звезда — не навсегда полярная
Одним из самых интересных последствий прецессии является смена «полярной» звезды. Сейчас, если посмотреть на ночное небо в Северном полушарии, Северный полюс Земли находится совсем рядом с Полярной звездой (α Малой Медведицы). Поэтому она почти не движется по небу в течение ночи, и именно поэтому путешественники веками использовали ее для навигации.
Но так было не всегда, и не всегда будет. Примерно 4500 лет назад, когда египтяне строили пирамиды, «полярной» звездой была Тубан в созвездии Дракона. А примерно через 12 000 лет Северный небесный полюс окажется вблизи Веги — яркой звезды в созвездии Лиры, одной из самых заметных на ночном небе.
Можно представить это так: мы смотрим вверх и видим, что ось Земли «рисует» на небе огромный круг среди звезд. Полный круг завершится через ~25 770 лет, и за это время разные звезды поочередно окажутся у небесного полюса.
А теперь — о зодиаке
Земля вращается вокруг Солнца, но если смотреть с Земли, кажется, что это Солнце движется по небу среди звезд, проходя через год полный круг. Этот воображаемый путь Солнца по небесной сфере называется эклиптикой. Вдоль эклиптики расположены определенные созвездия — именно их и называют зодиакальными.
Древние вавилоняне примерно 2500 лет назад поделили эклиптику на 12 равных секторов по 30 градусов каждый и дали им названия ближайших созвездий: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей. Тогда точка весеннего равноденствия была связана с Овном, потому Овен стал первым знаком зодиака.
Но сегодня мы знаем: это очень неточное разделение. Именно из-за прецессии.
Различие между знаками зодиака и созвездиями
Именно прецессия создала разрыв между астрологическими знаками и астрономическими созвездиями. Это два совершенно разных понятия, хотя их названия совпадают.
Знаки зодиака — это 12 равных секторов по 30°, «привязанных» к точке весеннего равноденствия. Они уже давно не соответствуют реальным созвездиям на небе. Да, это еще один аргумент против астрологии.
Зодиакальные созвездия — это реальные участки неба с определенными границами. Они имеют разную протяженность: например, созвездие Девы занимает на эклиптике 44 градуса, а Скорпиона — всего около 7 градусов. К тому же созвездий вдоль эклиптики не 12, а 13: между Скорпионом и Стрельцом находится созвездие Змееносца, которого в классическом зодиаке просто нет.
Поэтому когда кто-то говорит «я — Лев за знаком зодиака», это астрологическая традиция, которая тянется с древности. Астрономически Солнце в день его рождения, скорее всего, было уже в другом созвездии.
Кто и когда открыл прецессию
Прецессию открыл древнегреческий астроном Гиппарх во II веке до нашей эры, примерно около 130 г. до н. е. Сравнивая собственные наблюдения звезд с древними данными, он заметил, что точки равноденствия медленно смещаются вдоль эклиптики относительно звездного неба. Это было поразительное открытие для той эпохи. Гиппарх еще не знал физическую причину явления, но очень точно зафиксировал сам эффект. Его оценка скорости прецессии, около 1 градуса за 100 лет, была достаточно близка к современному значению: примерно 1 градус за 72 года.
Физическое объяснение прецессии дал Исаак Ньютон в XVII веке, когда показал, что она является следствием действия притяжения Солнца и Луны на экваториальное утолщение Земли.
Прецессия в цифрах
- Полный цикл прецессии составляет примерно 25 770 лет.
- Скорость сдвига — около 50,3 угловых секунды в год, или примерно 1 градус за 71,6 года.
- За последние 2000 лет точка весеннего равноденствия сместилась примерно на 28 градусов — почти один полный зодиакальный знак (30°).
- Сам угол наклона земной оси тоже медленно меняется: от 22,1 до 24,5 с циклом около 41 000 лет. Но это уже другое явление — долгопериодическое изменение наклона земной оси.
Почему прецессия важна для нас
Прецессия — не просто интересный астрономический процесс. Она имеет реальные последствия.
Прецессия влияет на климат. Вместе с другими долгопериодическими изменениями параметров движения Земли — эксцентриситетом орбиты и наклоном земной оси — прецессия входит в циклы Миланковича (длительные колебания климата, вызывающие смену ледниковых и межледниковых периодов). Сейчас прецессия влияет на то, какое полушарие получает больше солнечного тепла летом: через ~13 000 лет в Северном полушарии будет лето в той точке орбиты, где сейчас зима, и наоборот.
Прецессия важна и для навигации, и для астрономии. Координаты звезд на небе постепенно меняются, поэтому астрономы используют координатные системы, привязанные к определенной эпохе. К примеру, J2000.0 — это стандартная эпоха, связанная с экватором и равноденствием на начало 2000 года.
И, наконец, прецессия напоминает нам, что Вселенная не является статической декорацией. Даже такие вещи, как направление земной оси или положение Солнца среди звезд, медленно меняются со временем.
