Прецессия

(позднелат. praecessio — движение впереди, от лат. praecedo — иду впереди, предшествую)

        то движение твёрдого тела, имеющего неподвижную точку О, которое слагается из вращения с угловой скоростью Ω вокруг оси Oz, неизменно связанной с телом, и вращения с угловой скоростью со вокруг оси Oz₁ (см. рис. 1), где Ox₁y₁z₁ — оси, условно называются неподвижными, по отношению к которым рассматривается движение тела, ON — прямая, перпендикулярная к плоскости z₁Oz, называется линией узлов, Ψ = x₁ON — угол П. (см. Эйлеровы углы). Наряду с П. тело совершает также нутационное движение, при котором происходит изменение угла нутации θ = z₁Oz (см. Нутация).

         Если во всё время движения θ = const (нутация отсутствует) и величины Ω, ω также остаются постоянными, то движение тела называется регулярной П. Ось Oz описывает при этом вокруг оси П. Oz₁ прямой круговой конус. Такую П. при произвольных начальных условиях совершает закрепленное в центре тяжести симметричное тело (Гироскоп), на которое никакие силы, создающие момент относительно закрепленной точки, не действуют; осью П. в этом случае является неизменное направление кинетического момента тела (см. Момент количества движения). Симметричное тело, закрепленное в произвольной точке его оси симметрии и находящееся под действием силы тяжести (тяжёлый гироскоп или волчок), совершает при произвольных начальных условиях П. вокруг вертикальной оси, сопровождающуюся нутационными колебаниями, амплитуда и период которых тем меньше, а частота тем больше, чем больше угловая скорость собственного вращения Ω. Когда Ω >> ω, видимое движение гироскопа мало отличается от регулярной П.; такую П. называют псевдорегулярной П. Угловая скорость псевдорегулярной П. тяжёлого гироскопа приближённо определяется равенством ω = Pa/IΩ, где Р — вес гироскопа, а — расстояние от неподвижной точки до центра тяжести, I — момент инерции гироскопа относительно оси симметрии.

         С. М. Торг.

        

         П. в астрономии — медленное движение оси вращения Земли по круговому конусу, ось симметрии которого перпендикулярна к плоскости эклиптики (См. Эклиптика), с периодом полного оборота ≈ 26 000 лет. П. называется также предварением равноденствий, т.к. она вызывает медленное смещение точек весеннего и осеннего равноденствий, обусловленное движением плоскостей эклиптики и экватора (рис. 2) (точки равноденствия определяются линией пересечения этих плоскостей). Упрощённо П. можно представить как медленное движение оси мира (прямой, параллельной средней оси вращения Земли РР' ) по круговому конусу, ось которого перпендикулярна к эклиптике (см. рис. 2), с периодом полного оборота ≈ 26000 лет.

         Перемещение точек равноденствия происходит по эклиптике с востока на запад, т. е. навстречу видимому годовому движению Солнца, на 50,3’’ в год. В результате этого тропический год (промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия), с которым связана смена времён года на Земле, на 20 мин 24 сек короче звёздного года, т. е. периода полного обращения Земли вокруг Солнца (см. Год). Вследствие П. изменяются эклиптические и экваториальные координаты небесных тел (см. Небесные координаты). Долготы звёзд, отсчитываемые от точки весеннего равноденствия, возрастают на 50,3 " в год, широты же меняются незначительно. Прямые восхождения и склонения звёзд изменяются более сложным образом. В результате П. медленно изменяется картина суточного вращения звёздного неба: около 4600 лет тому назад полюс мира был вблизи звезды α Дракона, теперь он расположен вблизи Полярной звезды (α Малой Медведицы), а через 12 000 лет «полярной» звездой станет Вега (α Лиры) (рис. 3). С перемещением полюса мира среди звёзд связано изменение условий видимости созвездий в данной географической области; это позволяет по упоминаниям тех или иных созвездий в древнейших памятниках письменности приближённо установить время появления этих памятников.

         Явление П. было открыто во 2 в. до н. э. греч. астрономом Гиппархом при сравнении долгот звёзд, определённых им из наблюдений, с долготами этих же звёзд, найденными за 150 лет до него греч. астрономами Тимохарисом и Аристиллом. Механическое объяснение П. впервые дано И. Ньютоном в 1686. Землю, сплюснутую по оси вращения, Ньютон рассматривал как шар, опоясанный по экватору кольцом; Солнце сильнее притягивает обращенную к нему половину кольца и т. о. стремится уменьшить наклон плоскости земного экватора к плоскости эклиптики. Аналогичное действие, но в два раза более сильное и имеющее более сложный характер, оказывает и Луна. Совместное влияние притяжения Земли и Луны на экваториальный избыток массы вращающейся Земли и производит П. Так как силы, вызывающие П., вследствие изменения расположения Солнца и Луны относительно Земли непрерывно меняются, то наряду с поступательным движением точки весеннего равноденствия — т. н. лунно-солнечной П. — наблюдаются также её небольшие колебания, названные нутацией (См. Нутация).

         Возмущения движения Земли по орбите, обусловленные притяжением её др. планетами, вызывают медленное изменение ориентации в пространстве плоскости эклиптики, вследствие чего наклон эклиптики к экватору уменьшается на 0,5’’ в год. Соответствующее перемещение точки весеннего равноденствия по экватору с запада на восток называется П. от планет. Суммарное движение точки весеннего равноденствия, состоящее из лунно-солнечной П. и П. от планет, носит название общей П. Теория П. в основном развита в 18 в. в работах Ж. Д'Аламбера, П. Лапласа и Л. Эйлера.

         Точные числовые значения основных прецессионных величин впервые были определены из наблюдений в начале 19 в. Ф. Бесселем (См. Бессель). О. В. Струве в 1841 опубликовал новые их значения. В конце 19 в. С. Ньюком при построении теории гелиоцентрического и вращательного движений Земли определил и значения прецессионных величин — лунно-солнечной П. по склонению (П. по склонению от притяжения планет не зависит), общей П. по прямому восхождению, лунно-солнечной П. по долготе, общей П. по долготе, П. от планет по прямому восхождению и по долготе.

         Числовые значения прецессионных величин уточняются на основе статистического анализа собственных движений звёзд, при котором учитываются перемещения звёзд, обусловленные движением Солнца в пространстве и вращением Галактики. Наиболее точный метод определения прецессионных величин основан на измерении изменений координат галактик, которые можно считать практически неподвижными объектами вследствие их большой удалённости. Эти измерения входят составной частью в международную программу работ по составлению «фундаментального каталога слабых звёзд», проводимую по инициативе советских астрономов (см. Астрометрия).

        

         Лит.: Блажко С. Н., Курс сферической астрономии, 2 изд., М., 1954; Казаков С. А., Курс сферической астрономии, 2 изд., М. — Л., 1940; Редукционные вычисления в астрономии, в кн.: Астрономический ежегодник СССР на 1941 год, М. — Л., 1940.

         А. Д. Дубяго, В. К. Абалакин.

        

        Рис. 1. Схема прецессии.

        

        Рис. 2. Прецессионное движение оси Земли по круговому конусу.

        

        Рис. 3. Перемещение Северного полюса мира вследствие прецессии.