Perché l'asse terrestre non cambia durante l'anno?

16

La mia comprensione è che l'asse terrestre punta nella stessa direzione nello spazio durante la sua intera orbita attorno al sole. E questo è ciò che provoca le nostre stagioni.

La mia domanda è: perché l'asse non segue il percorso orbitale (un po 'come un'auto che circonda un cerchio)?

Immagino che la Luna abbia un ruolo in questo.

Come domanda secondaria, gli altri pianeti del nostro sistema solare orbitano nello stesso modo della Terra (il suo asse punta nella stessa direzione nello spazio per l'intera sua orbita)?

orbit the-sun earth

— rmaddy
fonte

7

Perché ti aspetti che cambi? Cambiare la direzione dell'asse terrestre richiederebbe un enorme cambiamento del momento angolare. Cambia per migliaia di anni, ma non esiste alcun meccanismo per cambiarlo in un solo anno.

— Keith Thompson,

Non è che mi aspetto che cambi. È semplicemente che non so perché funzioni in un modo e non nell'altro. Sono un programmatore di computer, non un mago di matematica / fisica. :)

— rmaddy,

3

Penso che la risposta si riduca alla conservazione del momento angolare, ma la lascerò a qualcun altro che conosce la fisica meglio di me per pubblicare una risposta.

— Keith Thompson,

7

Il mio consiglio: posiziona uno di quei giroscopi giocattolo o una ruota bicilindrica su un asse, fai girare rapidamente e prova a camminare (o guidare) attorno a una lampadina in modo tale che l'asse punti come previsto. Scoprirai molto rapidamente che devi applicare una forza enorme per far cambiare direzione all'asse mentre orbiti attorno alla lampadina; non esiste una forza corrispondente sulla terra, quindi l'asse non cambia direzione. Più in generale, la risposta a "perché non succede?" in fisica di solito è "perché nulla l'ha fatto accadere". L'asse non cambia perché nessuna forza lo cambia.

— Eric Lippert,

Gyro-top da fermare: chiusura del negozio: "22 feb 2015 - Il produttore di giocattoli Tiger & Co. con sede a Nagoya ha deciso di chiudere la sua attività di 94 anni, forse alla fine di aprile, mettendo fine alla produzione. .. " google.com/…

— Wayfaring Stranger

15

La mia comprensione è che l'asse terrestre punta nella stessa direzione nello spazio durante la sua intera orbita attorno al sole. E questo è ciò che provoca le nostre stagioni.

La seconda affermazione è corretta. L'inclinazione assiale è il principale fattore trainante delle stagioni.

La prima affermazione non è esattamente corretta. C'è un piccolo ma persistente cambiamento nell'orientamento dell'asse terrestre. Il cambiamento nel corso di un anno è piccolo. Il cambiamento nel corso di 13.000 anni è grande. Tra 13000 anni l'asse terrestre verrà inclinato di circa 47 gradi rispetto all'attuale orientamento. Tra ancora 13000 anni la Terra sarà orientata in modo molto simile a come è orientata ora. Scriverò di più su questo più tardi.

La mia domanda è: perché l'asse non segue il percorso orbitale (un po 'come un'auto che circonda un cerchio)?

Questo non è un buon modello mentale. L'unico contatto tra la tua auto e il suolo sono i fondi delle quattro ruote della tua auto. Le forze in queste quattro piccole aree di contatto sono ciò che cambia l'orientamento della tua auto e cambia il vettore di velocità della tua auto. Ciò significa che la coppia sulla tua auto mentre gira il volante e la forza centripeta sulla tua auto che fa curare le tue curve durante una curva sono intimamente connesse. Ruota delicatamente il volante e la parte anteriore pesante della tua auto segue l'esempio. Supponendo una svolta delicata, l'estremità posteriore leggera della tua auto segue presto l'esempio. Se giri troppo forte, la tua auto inizia a slittare invece di girare. Diventa ancora più difficile e rischi di far girare e rotolare la tua auto. Il movimento della tua auto dipende da quell'intimo accoppiamento tra forza e coppia.

La gravitazione non funziona così. Agisce invece su ogni singolo pezzo della Terra, tutti insieme, tutto in una volta, sempre. Vi è una leggera variazione nell'accelerazione indotta gravitazionalmente attraverso la Terra a causa delle variazioni della distanza dalla Luna (o Sole), ma queste variazioni sono piccole. La forza gravitazionale netta sulla Terra è molto disaccoppiata dalla piccola coppia del gradiente di gravità netto sulla Terra.

Il risultato principale della coppia del gradiente di gravità esercitata dalla Luna e dal Sole sulla Terra è una precessione molto lenta ma ampia dell'asse di rotazione della Terra (per maggiori informazioni, leggi questo articolo di Wikipedia sulla precessione assiale ). Questa precessione fa ruotare l'asse di rotazione terrestre attorno al normale all'eclittica al ritmo di un giro ogni 25772 anni. Ci sono effetti minori collettivamente chiamati nutation e movimento polare che derivano dalla coppia del gradiente di gravità. Questi effetti minori sono molto, molto più piccoli di grandezza ma hanno periodi molto, molto più brevi. Il più grande di questi effetti minori deriva dalle variazioni cicliche di 18,61 anni nel nodo lunare. Anche questo più grande componente della nutation è piccolo, due ordini di grandezza più piccoli della precessione grande ma lenta.

— David Hammen
fonte

La mia analogia con la macchina doveva solo indicare un concetto: la parte anteriore della macchina punta sempre nella direzione di marcia, al contrario, sempre rivolta a nord. È tutto. Non intendevo fare paragoni con forze di alcun tipo.

— rmaddy,

@rmaddy: giusto, ma devi costantemente applicare energia (tenendo il volante girato - combatterà contro di te) per farlo accadere. Un'auto a terra non è affatto la stessa di un pianeta nello spazio. Il tuo modello immaginato non è affatto lo stato "predefinito".

— Lightness Races con Monica

@LightnessRacesinOrbit Ancora una volta, non è affatto quello che stavo insinuando con l'analogia della macchina. Stavo semplicemente cercando di descrivere la direzione, tutto qui.

— rmaddy,

Questa è la risposta scientificamente corretta, ma non è ben spiegata per qualcuno che non proviene da una fisica o da un background di astronomia / astrofisica. Dovresti considerare un linguaggio più semplice, almeno per le basi (cioè tutto fino alla discussione sulla precessione).

— MandisaW

8

Immagina la Terra come una pallina sospesa a mezz'aria, che non si muove, anche se ruota sul suo asse. A meno che non vi vengano applicate forze, non accadrà assolutamente nulla. Questa è conservazione dell'energia (o quantità di moto; puoi lavorarci in entrambi i modi). La Terra non inizierà spontaneamente a muoversi in una direzione perché ciò violerebbe la conservazione dell'energia traslazionale e la conservazione del momento lineare. Se ciò accadesse, l'energia sarebbe ottenuta dal nulla.

Per lo stesso motivo, la Terra non inizierà a inclinarsi da un lato. Questa è la conservazione dell'energia cinetica rotazionale e la conservazione del momento angolare al lavoro. Esperto?

Quindi, sì, Keith è perfetto. Avresti bisogno di una sorta di coppia per ruotare l'asse terrestre in quel modo.

Allora, perché fa l'asse terrestre mossa oltre 26.000 anni (lo fa, tra l'altro, non solo un ciclo per anno)? Proprio come con le maree, così come il rallentamento della rotazione terrestre, sono principalmente le forze di marea della Luna e del Sole al lavoro, anche se gli altri pianeti danno alcuni contributi ai cambiamenti globali.

Posso aggiungere un po 'di matematica, se vuoi, ma attenzione, lo sto imparando da solo, quindi non verrà spiegato come vorresti.

Gli altri pianeti obbediscono alle stesse leggi della Terra, quindi i loro assi dovrebbero puntare nella stessa direzione durante tutto l'anno, ignorando gli effetti della precessione assiale.

— HDE 226868
fonte

Vorrei avere una foto, ma credo di non essere ancora sicuro del motivo per cui la gravità del Sole (che tiene in orbita la Terra) non sta causando, ad esempio, il polo nord per indicare approssimativamente il sole tutto l'anno. Capisco come una palla che gira, come descrivi, punti in una direzione. Ma la Terra sta orbitando attorno al Sole e la gravità del Sole è una forza che agisce sulla Terra.

— rmaddy,

@rmaddy Questo perché non c'è davvero nulla di speciale nei poli, in termini di gravità. I poli non sono più massicci di qualsiasi altra posizione sulla Terra - in effetti, potrebbero essere meno massicci, perché un segmento di linea tracciato da un polo al centro della Terra è più corto di una linea tracciata, diciamo, dall'equatore al centro della Terra. Non c'è massa extra ai poli, quindi non c'è niente in più che il Sole possa tirare. Questo aiuta un po '?

— HDE 226868

Capisco che non c'è niente di speciale nel palo. Quella era probabilmente una descrizione fuorviante. Sembra che l'inclinazione della Terra debba rimanere costante rispetto al suo percorso orbitale, non costante rispetto allo spazio. Perché l'orbita terrestre e la gravità del Sole non fanno sì che l'inclinazione sia costante con il percorso orbitale?

— rmaddy,

La gravità del Sole non attira il polo più di quanto non attiri qualsiasi altra parte della Terra. Affinché il polo punti continuamente verso il Sole, il Sole dovrebbe attirare il polo più di qualsiasi altra parte della Terra, cosa che non accade.

— HDE 226868

3

@rmaddy perché l'unica cosa che potrebbe causare a farlo è la gravità, e la gravità non lo fa. La gravità non fa guidare la Terra in un cerchio attorno al Sole come un'auto; tira semplicemente la Terra "lateralmente" verso il Sole in ogni momento. Nello spazio, la direzione verso cui punta qualcosa e la direzione in cui si muove non sono correlate.

— Hobbs

6

L'angolo mutevole tra sole e luna provoca una leggera deviazione nell'asse di rotazione terrestre per un periodo di 18,6 anni .

Nel caso della Terra, le principali fonti di forza delle maree sono il Sole e la Luna, che cambiano continuamente posizione l'una rispetto all'altra e quindi causano il dado nell'asse terrestre. Il più grande componente del nutation della Terra ha un periodo di 18,6 anni, lo stesso di quello della precessione dei nodi orbitali della Luna. 1 Tuttavia, ci sono altri termini periodici significativi che devono essere calcolati in base alla precisione desiderata del risultato.

Il termine principale di nutazione è dovuto alla regressione della linea nodale della luna e ha lo stesso periodo di 6798 giorni (18,61 anni). Raggiunge più o meno 17 ″ in longitudine e 9 ″ in obliquità. Tutti gli altri termini sono molto più piccoli; il più grande successivo, con un periodo di 183 giorni (0,5 anni), ha ampiezze rispettivamente di 1,3 ″ e 0,6 ″.

Non è un grande effetto (dal link):

inserisci qui la descrizione dell'immagine

— sconosciuto viandante
fonte

Grazie ma questo non ha nulla a che fare con la mia domanda.

— rmaddy,

2

In realtà, ha tutto a che fare con la tua domanda.

— Dawood dice di ripristinare Monica il

@DavidWallace No. Ha descritto il motivo per cui l'inclinazione della Terra oscilla un po 'nel tempo. Non fa alcun tentativo di spiegare perché l'inclinazione punta in una direzione generale nello spazio durante un anno invece di seguire l'orbita terrestre.

— rmaddy,

1

Bene, la tua domanda equivale a "perché il momento angolare della terra non varia" - perché per qualche motivo, ti aspettavi che variava molto. E questa risposta dice "beh, in realtà varia un po '" e spiega perché.

— Dawood dice di ripristinare Monica il

@DavidWallace 1) Non mi aspettavo nulla. So cosa succede realmente. Ero curioso di sapere perché non succede qualcosa di diverso. 2) Conosco l'asse traballa nel tempo. Ancora una volta, non è affatto quello che stavo chiedendo. Ecco perché non credo che questa risposta affronti la mia domanda.

— rmaddy,

4

La Terra si comporta come un enorme giroscopio. Una forza tremenda sarebbe necessaria per cambiare l'orientamento dell'asse. Mentre le forze sono certamente esercitate, non sono abbastanza grandi da causare cambiamenti apprezzabili nell'orientamento dell'asse quando la Terra cade / orbita attorno al Sole. Come indicato, l'orientamento dell'asse è responsabile del cambio di stagione. Le aree che ricevono l'esposizione più diretta alla luce solare sono in estate; le aree che ricevono una luce solare intensa sono in inverno.

La rotazione della Terra attorno al Sole non è circolare ma ellittica. Durante la sua orbita cambia la distanza della Terra dal Sole. Molte fonti riportano che mentre questo è vero, ha poco effetto sulla stagione. Queste fonti indicano che l'orientamento dell'asse terrestre combinato con l '"inclinazione" dell'orbita terrestre sopra o sotto l'equatore dei soli determina le stagioni.

— user4199
fonte

Grazie, ma solo la prima metà del primo paragrafo è correlata alla mia domanda. Non sto chiedendo nulla sulle stagioni.

— rmaddy,

4

Consente di mantenere le cose semplici. Di seguito è una foto dell'orbita della Terra.

Prendo la domanda per dire perché l'asse non punta sempre verso il Sole. La risposta che confronta la Terra con un giroscopio è la più semplice da usare. L'effetto di rotazione sull'asse provoca una forza che aiuta a mantenere l'asse terrestre ad un angolo di 23,5 ° (circa), c'è un leggero traballare di alcuni metri nell'asse terrestre. Prova a guardare dall'alto potrebbe renderlo più chiaro. C'è un cerchio rosso di rotazione sul palo se guardi da vicino.

Rotazione dall'alto

La Terra non sta guidando attorno al Sole, in effetti viene tirata verso il Sole, ma sta andando abbastanza veloce intorno a essa per contrastare la gravità e non avvicinarsi, allo stesso modo in cui i satelliti rimangono in orbita nello spazio. L'auto sarebbe più simile a un'astronave in quanto avrebbe una forza / spinta che la spingeva attorno al Sole.

Per quanto riguarda la seconda domanda, gli altri pianeti fanno lo stesso ma con angolazioni diverse.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

— Soong
fonte

1

Semplificato, ma IMO questa è la risposta più appropriata per il PO. Prendi il "cosa sta succedendo" di base da qui, quindi vai alla risposta di David Hammen per "perché sta accadendo". Inoltre, questo è l'unico che ha affrontato la seconda parte della domanda.

— MandisaW

3

Poiché l'attrazione gravitazionale del Sole sulla Terra è (quasi) uniforme, non inclina la Terra, la tira solo nel suo insieme, senza influire sulla rotazione della Terra attorno al proprio asse.

Il raggio terrestre è ~ 6.400 km, la distanza dal sole è ~ 150.000.000 km e la forza gravitazionale diminuisce come un quadrato di una distanza, quindi il rapporto nell'attrazione di due piccoli volumi della Terra, il più vicino e il più lontano da il Sole in un dato momento, lo è

\frac{(150000 + 6.4)^{2}}{(150000 - 6.4)^{2}} = 1.00017068

$\frac{(150000+6.4)^2}{(150000-6.4)^2} = 1.00017068$

quindi la forza di inclinazione è molto piccola.

Se la variazione fosse esattamente 0 (cioè il rapporto esattamente 1) la forza di inclinazione sarebbe esattamente 0 e la rotazione della Terra non sarebbe stata affatto influenzata. Per farlo, rimuovi il Sole dall'immagine.

E secondo la teoria generale della relatività, se la Terra si muovesse in una forza uniforme, sarebbe come se non ci fosse alcuna forza, dal punto di vista della Terra.

— Will Ness
fonte

-3

Se l'asse terrestre punta sempre verso Polaris, allora l'asse terrestre deve cambiare continuamente durante tutto l'anno per un cambiamento di orbita di 186.000.000 miglia.

Se l'inclinazione a dicembre fosse di 23,4 gradi, marzo sarebbe meno inclinazione e un'inclinazione aggiuntiva verso il sole, giugno sarebbe l'inclinazione più piccola della Terra, ottobre sarebbe un'inclinazione minore e un'inclinazione aggiunta verso il sole. Senza questo cambiamento di inclinazione della Terra, Polaris sarebbe allineata solo un giorno all'anno a dicembre.

Puoi facilmente dimostrarlo tu stesso.

— Ron
fonte

2

Sembra che tu non abbia idea di quanto sia distante Polaris.

— Rob Jeffries,