Nutación astronómica - Astronomical nutation
La nutación astronómica es un fenómeno que hace que la orientación del eje de rotación de un objeto astronómico giratorio varíe con el tiempo. Es causada por las fuerzas gravitacionales de otros cuerpos cercanos que actúan sobre el objeto giratorio. Aunque son causados por el mismo efecto que opera en diferentes escalas de tiempo, los astrónomos generalmente hacen una distinción entre precesión , que es un cambio constante a largo plazo en el eje de rotación, y nutación , que es el efecto combinado de variaciones similares a corto plazo.
Un ejemplo de precesión y nutación es la variación en el tiempo de la orientación del eje de rotación de la Tierra . Esto es importante porque el marco de referencia más utilizado para medir las posiciones de los objetos astronómicos es el ecuador de la Tierra, el llamado sistema de coordenadas ecuatoriales . El efecto de la precesión y la nutación hace que este marco de referencia cambie con el tiempo, en relación con un marco fijo arbitrario.
La nutación es una de las correcciones que se deben aplicar para obtener el lugar aparente de un objeto astronómico. Al calcular la posición de un objeto, inicialmente se expresa en relación con el equinoccio medio y el ecuador , definido por la orientación del eje de la Tierra en una fecha específica, teniendo en cuenta el efecto a largo plazo de la precesión, pero no el de corto plazo. efectos de la nutación. Entonces es necesario aplicar una corrección adicional para tener en cuenta el efecto de la nutación, después de lo cual se obtiene la posición relativa al equinoccio y el ecuador verdaderos .
Debido a que los movimientos dinámicos de los planetas son tan bien conocidos, sus nutaciones se pueden calcular en segundos de arco durante períodos de muchas décadas. Hay otra perturbación de la rotación de la Tierra llamada movimiento polar que se puede estimar solo en unos pocos meses en el futuro porque está influenciada por cosas que varían rápida e impredeciblemente, como las corrientes oceánicas , los sistemas de viento y los movimientos hipotéticos en el níquel-hierro líquido. núcleo exterior de la Tierra .
Nutación de la tierra
La precesión y la nutación son causadas principalmente por las fuerzas gravitacionales de la Luna y el Sol que actúan sobre la figura no esférica de la Tierra . La precesión es el efecto de estas fuerzas promediadas durante un período de tiempo muy largo, y un momento de inercia variable en el tiempo (si un objeto es asimétrico con respecto a su eje principal de rotación, el momento de inercia con respecto a cada dirección coordenada cambiará con tiempo, conservando el momento angular), y tiene una escala de tiempo de unos 26.000 años. La nutación se produce porque las fuerzas no son constantes y varían cuando la Tierra gira alrededor del Sol y la Luna gira alrededor de la Tierra. Básicamente, también hay pares de torsión de otros planetas que causan precesión planetaria que contribuye a aproximadamente el 2% de la precesión total. Debido a las variaciones periódicas en los pares del sol y la luna, el bamboleo (nutación) entra en su lugar. Puedes pensar en la precesión como el promedio y la nutación como lo instantáneo.
El mayor contribuyente a la nutación es la inclinación de la órbita de la Luna alrededor de la Tierra, un poco más de 5 ° con respecto al plano de la eclíptica . La orientación de este plano orbital varía durante un período de aproximadamente 18,6 años. Debido a que el ecuador de la Tierra está en sí inclinada en un ángulo de aproximadamente 23,4 ° a la eclíptica (la oblicuidad de la eclíptica , ), estos efectos se combinan para variar la inclinación de la órbita de la Luna al ecuador por entre 18,4 ° y 28,6 ° por encima del 18,6 período del año. Esto hace que la orientación del eje de la Tierra varíe durante el mismo período, con la verdadera posición de los polos celestes describiendo una pequeña elipse alrededor de su posición media. El radio máximo de esta elipse es la constante de nutación , aproximadamente 9.2 segundos de arco.
Los efectos más pequeños también contribuyen a la nutación. Estos son causados por el movimiento mensual de la Luna alrededor de la Tierra y su excentricidad orbital , y términos similares causados por el movimiento anual de la Tierra alrededor del Sol.
Efecto sobre la posición de los objetos astronómicos.
Debido a que la nutación provoca un cambio en el marco de referencia, en lugar de un cambio en la posición de un objeto observado en sí, se aplica por igual a todos los objetos. Su magnitud en cualquier momento se suele expresar en términos de coordenadas eclípticas , como nutación en longitud ( ) y nutación en oblicuidad ( ). El término más grande en nutación se expresa numéricamente (en segundos de arco) de la siguiente manera:
donde es la longitud eclíptica del nodo ascendente de la órbita de la Luna. A modo de referencia, la suma del valor absoluto de todos los términos restantes es 1,4 segundos de arco para la longitud y 0,9 segundos de arco para la oblicuidad.
La trigonometría esférica se puede utilizar en cualquier objeto dado para convertir estas cantidades en un ajuste en la ascensión recta ( ) y declinación ( ) del objeto. Para objetos que no están cerca de un polo celeste, la nutación en ascensión recta ( ) y declinación ( ) puede calcularse aproximadamente de la siguiente manera:
Historia
La nutación fue descubierta por James Bradley a partir de una serie de observaciones de estrellas realizadas entre 1727 y 1747. Estas observaciones tenían originalmente la intención de demostrar de manera concluyente la existencia de la aberración anual de la luz , un fenómeno que Bradley había descubierto inesperadamente en 1725-6. Sin embargo, hubo algunas discrepancias residuales en las posiciones de las estrellas que no se explicaron por la aberración, y Bradley sospechó que fueron causadas por la nutación que tuvo lugar durante el período de 18,6 años de la revolución de los nodos de la órbita de la Luna . Esto fue confirmado por su serie de observaciones de 20 años, en las que descubrió que el polo celeste se movía en una elipse ligeramente aplanada de 18 por 16 segundos de arco sobre su posición media.
Aunque las observaciones de Bradley demostraron la existencia de nutación y él entendió intuitivamente que era causada por la acción de la Luna en la Tierra en rotación, se dejó a los matemáticos posteriores, d'Alembert y Euler , desarrollar una explicación teórica más detallada del fenómeno. .