Nutação astronômica - Astronomical nutation
A nutação astronômica é um fenômeno que faz com que a orientação do eixo de rotação de um objeto astronômico em rotação varie ao longo do tempo. É causado pelas forças gravitacionais de outros corpos próximos agindo sobre o objeto giratório. Embora sejam causados pelo mesmo efeito operando em escalas de tempo diferentes, os astrônomos geralmente fazem uma distinção entre precessão , que é uma mudança constante de longo prazo no eixo de rotação, e nutação , que é o efeito combinado de variações semelhantes de curto prazo.
Um exemplo de precessão e nutação é a variação ao longo do tempo da orientação do eixo de rotação da Terra . Isso é importante porque o quadro de referência mais comumente usado para medir as posições de objetos astronômicos é o equador da Terra - o chamado sistema de coordenadas equatorial . O efeito de precessão e nutação faz com que este próprio quadro de referência mude com o tempo, em relação a um quadro fixo arbitrário.
A nutrição é uma das correções que devem ser aplicadas para obter a localização aparente de um objeto astronômico. Ao calcular a posição de um objeto, ela é inicialmente expressa em relação ao equinócio médio e equador - definido pela orientação do eixo da Terra em uma data especificada, levando em consideração o efeito de precessão de longo prazo, mas não o de curto prazo efeitos da nutação. É então necessário aplicar uma correção adicional para levar em consideração o efeito da nutação, após a qual a posição relativa ao equinócio verdadeiro e ao equador é obtida.
Como os movimentos dinâmicos dos planetas são tão conhecidos, suas nutações podem ser calculadas em arcosegundos ao longo de períodos de muitas décadas. Há outro distúrbio da rotação da Terra chamado movimento polar que pode ser estimado para apenas alguns meses no futuro, porque é influenciado por coisas que variam rápida e imprevisivelmente, como correntes oceânicas , sistemas de vento e movimentos hipotéticos no níquel-ferro líquido núcleo externo da Terra .
Nutação da terra
A precessão e a nutação são causadas principalmente pelas forças gravitacionais da Lua e do Sol atuando sobre a figura não esférica da Terra . A precessão é o efeito dessas forças em média durante um longo período de tempo e um momento de inércia variável no tempo (Se um objeto for assimétrico em relação ao seu eixo principal de rotação, o momento de inércia em relação a cada direção coordenada mudará com tempo, embora preservando o momento angular), e tem uma escala de tempo de cerca de 26.000 anos. A nutrição ocorre porque as forças não são constantes e variam conforme a Terra gira em torno do Sol e a Lua gira em torno da Terra. Basicamente, também existem torques de outros planetas que causam precessão planetária que contribui com cerca de 2% da precessão total. Devido às variações periódicas nos torques do sol e da lua, a oscilação (nutação) ocorre. Você pode pensar em precessão como a média e nutação como instantânea.
O maior contribuinte para a nutação é a inclinação da órbita da Lua em torno da Terra, ligeiramente acima de 5 ° em relação ao plano da eclíptica . A orientação deste plano orbital varia ao longo de um período de cerca de 18,6 anos. Porque o equador da Terra é em si inclinado segundo um ângulo de cerca de 23,4 ° para a elíptica (a obliquidade da elíptica , ), estes efeitos combinam-se para variar a inclinação da órbita da Lua ao equador por entre 18,4 ° e 28,6 ° C durante a 18,6 período do ano. Isso faz com que a orientação do eixo da Terra varie no mesmo período, com a verdadeira posição dos pólos celestes descrevendo uma pequena elipse em torno de sua posição média. O raio máximo dessa elipse é a constante de nutação , aproximadamente 9,2 segundos de arco.
Efeitos menores também contribuem para a nutação. Estes são causados pelo movimento mensal da Lua em torno da Terra e sua excentricidade orbital , e termos semelhantes causados pelo movimento anual da Terra em torno do Sol.
Efeito na posição de objetos astronômicos
Como a nutação causa uma mudança no quadro de referência, ao invés de uma mudança na posição de um objeto observado em si, ela se aplica igualmente a todos os objetos. Sua magnitude em qualquer ponto no tempo é geralmente expressa em termos de coordenadas eclípticas , como nutação em longitude ( ) e nutação em obliquidade ( ). O maior termo em nutação é expresso numericamente (em segundos de arco) da seguinte forma:
onde está a longitude eclíptica do nó ascendente da órbita lunar. A título de referência, a soma do valor absoluto de todos os termos restantes é 1,4 segundos de arco para longitude e 0,9 segundos de arco para obliquidade.
A trigonometria esférica pode então ser usada em qualquer objeto para converter essas quantidades em um ajuste na ascensão reta do objeto ( ) e declinação ( ). Para objetos que não estão próximos a um pólo celestial, a nutação em ascensão reta ( ) e declinação ( ) pode ser calculado aproximadamente da seguinte forma:
História
A nutação foi descoberta por James Bradley a partir de uma série de observações de estrelas conduzidas entre 1727 e 1747. Essas observações foram originalmente destinadas a demonstrar conclusivamente a existência da aberração anual da luz , um fenômeno que Bradley havia descoberto inesperadamente em 1725-6. No entanto, havia algumas discrepâncias residuais nas posições das estrelas que não foram explicadas pela aberração, e Bradley suspeitou que fossem causadas pela nutação ocorrida durante o período de 18,6 anos da revolução dos nós da órbita lunar . Isso foi confirmado por sua série de observações de 20 anos, nas quais ele descobriu que o pólo celeste se movia em uma elipse ligeiramente achatada de 18 por 16 segundos de arco em torno de sua posição média.
Embora as observações de Bradley provassem a existência de nutação e ele intuitivamente entendesse que ela era causada pela ação da Lua na rotação da Terra, coube a matemáticos posteriores, d'Alembert e Euler , desenvolver uma explicação teórica mais detalhada do fenômeno .