Tipărire
Categorie: Astronomie
Accesări: 42544

an terestru micŞtim că anul are 365 de zile, că la fiecare 4 ani avem un an bisect, de 366 de zile  sau că durata unui an este legată de mişcarea de revoluţie a Pământului în jurul Soarelui. Aflaţi cum sunt folosite mişcarea stelelor şi a Soarelui pentru a determina durata anului terestru.

 

 

 

 

INTRODUCERE

Anul terestru este dat de o rotaţie completă a Pământului în jurul Soarelui. Pare destul de simplu, dar există o problemă. Pământul nu revine în punctul de plecare după efectuarea unei rotaţii complete. Aşa că ne putem întreba, şi pe bună dreptate, cum de ştim când începe sau se termină anul?

ANUL SIDERAL

Una dintre variantele de răspuns - anul sideral – raportează orbita circumsolară la stelele îndepărtate. Percepută de pe Terra, mişcarea circumsolară creează impresia că Soarele se mişcă printre constelaţiile zodiacale pe o traiectorie numită ecliptică. Când Soarele revine la punctul iniţial, a trecut un an sideral. Această mişcare este dificil de observat în mod direct, deoarece nu putem vedea stelele ziua, atunci când Soarele se află pe bolta cerească.

 

 


Totuşi, dacă privim cerul înaintea fiecărui răsărit de Soare, mişcarea anuală este foarte uşor perceptibilă. Ultimele stele care răsar nu sunt mereu aceleaşi, iar după una-două săptămâni se observă o deplasare către în sus a acestora.

De exemplu, în iulie, în emisfera nordică, steaua Orion nu este vizibilă înaintea răsăritului, dar în august aceasta este foarte uşor de observat pe cer. Folosind această metodă de măsurare a duratei unui an, se ajunge la o perioadă de 365 de zile 6 ore, 9 minute şi 10 secunde.

 

ANUL TROPICAL

O altă posibilitate este măsurarea lungimii anului în conformitate cu trecerea anotimpurilor. Din cauza înclinaţiei axei de rotaţie a Pământului, poziţia Soarelui pe bolta cerească se schimbă de la o zi la alta pe parcursul unui an. Dacă fotografiem Soarele la prânz pe parcursul zilelor unui an, putem observa că acesta urmează pe bolta cerească o traiectorie aparentă, numită analemă1.

În zilele în care înclinaţia faţă de Soare (spre sau dinspre acesta) este maximă, durata zilei-lumină atinge la rându-i un maxim, respectiv un minim. Aceste zile se numesc solstiţii, iar Soarele va fi pe analemă în stânga sus, respectiv în dreapta jos. În zilele când înclinaţia planetei este perfect laterală faţă de Soare, ziua şi noaptea au durate egale. Acestea sunt echinocţiile, iar Soarele va fi la acest punct de intersecţie pe analemă:

 

Echinocţii pe analemă
Echinocţiile şi punctul corespunzător pe analemă

 

 

Timpul  în care Soarele parcurge distanţa între două echinocţii de primăvară reprezintă un an tropical. Astfel măsurat, anul durează 365 de zile, 5 ore, 48 de minute şi 46 de secunde.

 

PRECESIA LUNISOLARĂ

Durata unui an terestru este afectată de câteva schimbări gradate şi ciclice, care ţin de orbita circumsolară şi de înclinaţia axei proprii de rotaţie.

În primul rând, există o precesie a axei proprii de rotaţie a planetei  Pământ. De-a lungul a aproximativ 26.000 de ani, axa de rotaţie a planetei se deplasează, trasând un cerc pe bolta cerească. Una dintre urmări este faptul că Steaua Nordului (Polul Nord ceresc) nu este întotdeauna aceeaşi.



 

În prezent axa de rotaţie a Pământului este orientată spre Steaua Polară. În urmă cu 5000 de ani axa era orientată spre un astru din constelaţia Dragonului şi anume steaua Thuban. Iar în urmă cu 12000 de ani strălucitoarea stea Vega era lângă Polul Nord Ceresc. Din cauza precesiei ciclice cu o perioadă de 26.000 de ani, Vega va fi din nou Steaua Nordului peste 14.000 de ani.

Precesia echinocţiilor este cauzată în principal de forţele gravitaţionale care acţionează asupra Terrei, forţe generate de prezenţa Soarelui şi Lunii. În timp ce înclinaţia axei de rotaţie constituie cauza principală a existenţei anotimpurilor, distanţa faţă de Soare, care se schimbă de-a lungul anului datorită orbitei circumsolare eliptice a Pământului, contribuie şi aceasta într-o mică măsură la variaţiile de temperatură înregistrate de-a lungul anului. Când axa de rotaţie este orientată către Soare la periheliu, într-una din emisfere diferenţele de temperatură între anotimpuri vor fi mai pronunţate, în timp ce cealaltă emisferă va „beneficia” de anotimpuri mai blânde.

 

Periheliul şi afeliul
Periheliul şi afeliul - punctele de minimă, respectiv maximă depărtare
a Pământului faţă de Soare în mişcarea sa de revoluţie

 

 

Emisfera în care la periheliu este vară va recepţiona o mare parte din surplusul corespunzător de radiaţie solară, dar în aceeaşi emisferă la afeliu va fi iarnă, şi o iarnă destul de rece. Cealaltă emisferă va avea parte de veri mai răcoroase şi de ierni relativ blânde. Când axa de rotaţie a Pământului este orientată astfel încât afeliul şi periheliul sunt traversate în preajma echinocţiilor, cele două emisfere vor avea parte de anotimpuri similare.

În prezent, periheliul este atins în timpul verii din emisfera sudică, iar afeliul pe perioada iernii din aceeaşi emisferă. Astfel că anotimpurile sunt mai pronunţate, cu diferenţe de temperatură mai mari, în această emisferă, prin comparaţie cu cele din emisfera nordică, cu condiţia ca ceilalţi factori importanţi să aducă influenţe similare în cele două emisfere.

Periheliul este atins în prezent în jurul datei de 3 ianuarie, în timp ce afeliul este traversat în preajma datei de 4 iulie. Uniunea Astronomică Internaţională recomandă redenumirea componentei majore a precesiei orbitale în “precesia ecuatorului”, iar a componentei de mai mică influenţă în “precesia eclipticii”, dar efectul combinat al celor două poartă încă numele de precesie generală.

Precesia apsidală se referă la mişcarea de rotaţie  prin spaţiu a apsidelor orbitei unui corp ceresc (în cazul nostru apsidele sunt punctele de pe orbită numite periheliu şi afeliu).

Planul orbitei selenare în jurul Pământului se roteşte relativ la ecliptică ciclic, cu o perioadă de 18.6 ani. Acest lucru generează o mişcare a Terrei, suprapusă precesiei lunisolare.

 

PRECESIA APSIDALĂ2

În plus, influenţele gravitaţionale datorate altor planete generează o foarte lentă mişcare de rotaţie a orbitei eliptice a Terrei în jurul Soarelui. O rotaţie completă a elipsei în jurul Soarelui, relativ la stelele fixe, durează aproximativ 112.000 de ani. Luate împreună, cele două forme de precesie produc efecte combinate, astfel că durează în jur de 21.000 de ani între două succesive solstiţii la afeliu.

Datele periheliului şi afeliului avansează cu fiecare an în cadrul acestui ciclu, în medie cu o zi la 58 de ani.

 

EXCENTRICITATEA ORBITEI CIRCUMSOLARE

Această excentricitate indică forma orbitei circumsolare: cât de rotundă sau cât de ovală este aceasta. Pe perioade foarte lungi, de mii de ani, excentricitatea orbitei circumsolare variază (de la 0.0034 la 0.058) ca urmare a atracţiei gravitaţionale între planete - în special Jupiter şi Saturn. În prezent este aproape de valoare sa medie. Excentricitatea orbitei circumsolare variază ciclic, cu o perioadă de aproximativ 100000 de ani.

Pe măsură ce excentricitatea evoluează, axa semi-majoră a elipsei orbitale rămâne constantă, astfel că durata anului sideral rămâne neschimbată.

În prezent diferenţa de distanţă faţă de Soare la punctele de maximă, respectiv minimă apropiere, are ca efect o variaţie de 6.8% a valorii radiaţiei solare recepţionate pe Terra. Periheliul este atins la 3 ianuarie, iar afeliul la 4 iulie. Când orbita are excentricitate maximă, radiaţia solară la periheliu este cu 23% mai puternică decât la afeliu.

Pe măsură ce Pământul se deplasează pe orbită, durata anotimpurilor depinde de excentricitatea acesteia. Când excentricitatea are valori extreme, anotimpurile corespunzătoare zonei depărtate de Soare a orbitei (afeliu) sunt simţitor mai lungi.

În prezent, în emisfera nordică toamna şi iarna sosesc în zona de maximă apropiere (asociată periheliului), când planeta se mişcă cu viteză maximă în jurul Soarelui. Drept urmare, în emisfera nordică, toamna şi iarna sunt puţin mai scurte decât primăvara şi vara. În 2006, vara a fost cu aproape 5 zile mai lungă decât iarna, iar primăvara cu aproape 3 zile mai lungă decât toamna. Precesia axei de rotaţie, deja menţionată, duce la schimbarea lentă a locului de pe orbita circumsolară în care se produc solstiţiile şi echinocţiile. Pe parcursul următorilor 10.000 de ani, treptat, iernile vor deveni mai lungi şi verile mai scurte în emisfera nordică.

 

ÎNCLINAŢIA AXEI DE ROTAŢIE

În plus faţă de precesia axei de rotaţie, există şi variaţie a înclinaţiei acesteia - unghiul pe care axa de rotaţie îl formează cu planul orbitei circumsolare. Valoarea curentă este de aproximativ 23.4 grade şi este în scădere. Unghiul variază între 22.1 şi 24.5 grade. Perioada unei evoluţii complete între cele două valori şi înapoi este de 41.000 de ani.

Din moment de înclinarea spre sau în sens opus faţă de Soare este cauza principală a existenţei anotimpurilor, o înclinaţie mai mare înseamnă că mai multă radiaţie solară ajunge la poli, iar o înclinaţie mai mică înseamnă că va ajunge la poli mai puţină radiaţie solară. Astfel că această modificare a unghiului de înclinaţie este în strânsă legătură cu erele glaciare de pe Terra. Ultima înclinaţie maximă a avut loc în 8700 î.e.n., iar următoarea înclinaţie minimă va fi atinsă la 11.800 e.n.

 

ÎNCLINAŢIA ORBITALĂ

Înclinarea orbitei circumsolare variază în sus şi în jos faţă de planul orbitei actuale cu o ciclicitate de aproximativ 70.000 de ani. În plus, orbita se deplasează şi faţă de orbitele celorlalte planete.

Calculând planul corespunzător momentului cinetic total (care este constant) al Sistemului Solar, putem defini un plan orbital numit planul invariabil. Acesta coincide în linii mari cu planul orbital al planetei Jupiter. Înclinarea orbitei circumsolare a Terrei variază ciclic cu o perioadă de 100.000 de ani relativ la planul invariabil.

Acest ciclu de 100.000 de ani se potriveşte aproape perfect cu modelul ciclic al erelor glaciare. S-a avansat ideea că există un disc de praf şi alte rămăşiţe cosmice în planul invariabil, iar acest aspect ar afecta clima terestră în diverse moduri. Terra traversează acest plan în prezent în jurul datelor de 9 ianuarie şi 9 iulie. Planul eclipticii este înclinat în prezent faţă de planul invariabil cu aproximativ 1.5°.

__
1. analemă - s. f. diagramă care dă declinaţia Soarelui şi ecuaţia timpului pentru orice zi a anului. (fr. analèmme)

2. apsidă - fiecare din cele două puncte extreme ale axei mari a orbitei pe care un corp ceresc o descrie în jurul altuia (în cazul de faţă periheliul şi afeliul sunt cele 2 apside).

 


______
Notă: articolul de mai sus este reproducerea textului folosit în film.
Traducerea: Scientia.ro.
Credit: www.cassiopeiaproject.com