Promjene koordinata nebeskih tijela
Priredio: dr.sc. Drago Špoljarić
ASTRONOMSKE POJAVE KOJE UZROKUJU PROMJENE KOORDINATA
Ekvatorske i ekliptičke koordinate nebeskih tijela ne ovise o mjestu na kojem se nalazi motritelj i ne mijenjaju se zbog prividne dnevne rotacije nebeske sfere, dok se horizontske koordinate svih nebeskih tijela mijenjaju.
Nebeske se koordinate ipak mijenjaju tijekom vremena zbog nekoliko različitih pojava:
- gibanja koordinatnih sustava (precesije i nutacije),
- prividnog kutnog pomaka smjera nebeskih tijela (aberacije, paralakse i refrakcije), i
- gibanja zvijezda među sobom (vlastito kretanje zvijezda).
Promjene koordinata, uslijed tih pojava, relativno su male, ali u preciznim astronomskim mjerenjima (npr. astrogeodetskim), praćenjima i proučavanjima položaja nebeskih tijela u duljem vremenskom periodu, promjene moramo uzeti u obzir.
PRECESIJA I NUTACIJA
Stalna promjena položaja Zemljine osi rotacije (svjetske osi) i ekliptičke osi u prostoru tijekom vremena, zbog složenih uzajamnih gravitacijskih djelovanja tijela Sunčeva sustava, poglavito Sunca i Mjeseca na spljoštenu Zemlju i orbitalne elemente Zemljine staze, nazivamo precesija i nutacija.
Obzirom na period trajanja pojedinog gibanja i intenzitet uzajamnih djelovanja postoji:
- dugoperiodijsko (sekularno) gibanje nebeskih polova – luni-solarna precesija,
- kratkoperiodijsko gibanje nebeskih polova oko njihovog srednjeg položaja – nutacija,
- gibanje ekliptičkih polova – planetna precesija.
LUNI-SOLARNA PRECESIJA
Luni-solarnom precesijom nazivamo gibanje nebeskih polova oko ekliptičkih polova, uzrokovano gravitacijskim djelovanjem Mjeseca i Sunca na Zemljinu os rotacije (ophodni period iznosi 25800 godina). Istodobno se proljetna točka pomiče po ekliptici u suprotnom smjeru od prividnog godišnjeg gibanja Sunca (50,39″/god.).
PLANETNA PRECESIJA
Gravitacijski su utjecaji planeta na Zemljinu os rotacije zanemarivi, ali mijenjaju elemente Zemljine staze (ekliptike). Zakretanje (njihanje) ekliptičke ravnine u prostoru (0,11″/god.) nazivamo planetnom precesijom. Zakretanje ekliptike dovodi i do promjena položaja ekliptičkih polova na nebeskoj sferi i promjene vrijednosti priklona nebeskog ekvatora (e) prema ekliptici. Istodobno proljetna točka klizi i po nebeskom ekvatoru 0,15″ na godinu.
OPĆA PRECESIJA
Uzajamno djelovanje luni-solarne i planetne precesije, odnosno ukupni pomak ekvatorske i ekliptičke ravnine nazivamo općom precesijom (50,29″/god.).
NUTACIJA
Promjenama uzajamnih položaja Sunca, Zemlje i Mjeseca mijenjaju se i gravitacijski utjecaji Mjeseca i Sunca na Zemlju. Posljedica toga je periodijsko gibanje prave svjetske osi oko njenog srednjeg položaja (definiranog luni-solarnom precesijom).
Periodijsko kretanje nebeskih polova (odnosno periodijsko gibanje svjetske osi) oko njihovih srednjih položaja nazivamo nutacijom (ophodni period iznosi 18,6 godina). Nutacija ima veći broj komponenti različitog perioda i amplitude.
Pravi nebeski pol kreće se po krivulji, koja je rezultanta uzajamnog djelovanja precesije i nutacije. Odnosno, pravi nebeski pol, definiran pravim ekvinocijem i pravim nebeskim ekvatorom za epohu T, u nebeskom referentnom sustavu određen je općom precesijom i nutacijom.
POMICANJE ZEMLJINIH POLOVA
Zbog promjene položaja Zemljine osi rotacije u samoj Zemlji, dolazi do periodijskog pomicanja Zemljinih polova. Pomicanje pola je kretanje pravoga pola oko referentne, arbitrirane točke Zemljine kore – srednjega Zemljinog pola (CIO pola, danas ITRF) s periodom od 14 mjeseci (Chandlerov period, najistaknutiji), godišnjim i polugodišnjim. Periodijskim pomicanjem Zemljinih polova mijenjaju se koordinate točaka na površini Zemlje, geografska širina i duljina, ali posredno i koordinate nebeskih tijela. Naime, pomicanjem pola pomiče se i motritelj, pa se neposredno mijenjaju i koordinate stajališta, što posredno dovodi i do promjena onih koordinata nebeskih tijela koje ovise o širini stajališta. Pomaci pola su mali iznosi, pa tako razlika u geografskoj širini može dostići 0.6″, a azimuta 0.3″. Pri obradi onih astronomskih opažanja, u kojima se zahtjeva veća točnost, kretanje Zemljinih polova moramo uzeti u obzir.
ABERACIJA, PARALAKSA I REFRAKCIJA
Uslijed godišnjeg gibanja Zemlje oko Sunca (revolucije), motritelj stalno mijenja svoj položaj u prostoru. Istodobno se mijenja i pravac (smjer) prema opažanom nebeskom tijelu. Isto tako promjenom mjesta opažanja na Zemlji (stajališta) mijenja se i smjer prema Zemlji bliskim nebeskim tijelima. Smjer prema nebeskim tijelima mijenja se i zbog činjenice da kretanje opažača u prostoru, brzina Zemlje oko Sunca odnosno brzina Zemljine rotacije, nije zanemariva prema brzini svjetlosne zrake s nebeskog tijela. Spomenimo još da i Zemljina atmosfera mijenja smjer prema nebeskim tijelima.
ABERACIJA
Pojava prividnog kutnog pomaka opažanog položaja nebeskog tijela od njegovog geometrijskog položaja, koji nastaje uslijed toga što brzina kretanja motritelja nije zanemarivo mala prema brzini svjetlosti nazivamo astronomskom aberacijom. Naime, mi nebeska tijela vidimo u prividnim smjerovima, različitim od smjerova kada bi motritelj bio nepomičan u prostoru ili kada bi se svjetlost prostirala trenutno.
Radi zornijeg tumačenja pojma aberacije pojasnimo aberaciju pomoću durbina teleskopa. Naime, teleskop se, za vrijeme u kojem svjetlost prevali duljinu cijevi durbina, pomaknuo, a motritelj vidi nebesko tijelo u smjeru pomaknutom za kut aberacije a.
Uslijed Zemljine dnevne rotacije nastaje dnevna aberacija, godišnja aberacija nastaje uslijed Zemljinog godišnjeg kretanja oko Sunca i sekularna aberacija nastaje uslijed stoljetnog gibanja Sunčevog sustava oko galaktičkog centra. Najveći iznos dnevne aberacije je 0,32″ (konstanta dnevne aberacije), a godišnje 20,5″ (konstanta godišnje aberacije).
Kod planeta i drugih tijela sunčevog sustava, uslijed godišnje aberacije i kašnjenja svjetlosti s planeta, uzimajuću u obzir i vlastito gibanje planeta, govorimo o planetnoj aberaciji.
PARALAKSA
Razliku između smjerova prema nebeskom tijelu, koje vidimo s dva različita mjesta, stajališta i neke referentne točke, nazivamo paralaksom.
Dnevna (geocentrična) paralaksa je razlika topocentričnog i geocentričnog smjera na nebesko tijelo. Odnosno, kut pod kojim se vidi, iz centra nebeskog tijela, Zemljin radius. Ako je nebesko tijelo u horizontu tada govorimo o horzontskoj paralaksi. Razvidno je da dnevnu paralaksu imaju samo tijela Sunčevog sustava, jer su puno bliža nego i najbliža zvijezda.
Analogno, godišnja ili zvjezdana paralaksa je kut pod kojim se s neke zvijezde vidi polumjer Zemljine staze. Vrlo mali broj zvjezda ima paralaksu nekoliko desetinki sekunde, najčešća vrijednost paralakse kod većine zvijezda iznosi nekoliko stotinki sekunde i manje.
REFRAKCIJA
Pojavu loma zrake svjetlosti pri prolasku kroz slojeve Zemljine atmosfere različite gustoće nazivamo astronomskom refrakcijom. Svjetlosna se zraka različito lomi na granici između dva sloja različite gustoće. Refrakcija poglavito ovisi o lomu svjetlosti (indeksu loma svjetlosti) u gustom prizemnom sloju – troposferi, koja se proteže do visine od nekoliko kilometara.
Za određivanje refrakcije moramo znati elemente atmosfere (model atmosfere): temperaturu, tlak, gustoću, visinu pojedinog sloja itd. Ako izmjerimo temperaturu i tlak zraka na stajalištu u trenutku opažanja nebeskog tijela, ili još ispravnije, odredimo li temperaturni i tlačni gradijent (izmjerimo temperaturu i tlak zraka na različitim visinama u smjeru prema opažanom nebeskom tijelu), možemo odrediti pravu refrakciju. Ako su temperatura i tlak zraka zadani (npr. 100 C i 1024 mb) tada govorimo o srednjoj ili normalnoj refrakciji, za koju se sastavljaju tablice refrakcije prema prividnoj zenitnoj daljini nebeskog tijela.
VLASTITO KRETANJE ZVIJEZDA
Pojavu prostornog međusobnog kretanja zvijezda nazivamo vlastito kretanje zvijezda. Kretanje možemo rastaviti u dvije komponente: u smjeru zvijezde (radijalnu) i okomito na smjer (tangencijalnu). Kod samo nekoliko zvijezda godišnje je vlastito kretanje veće od 1″ (najveći godišnji pomak ima Barnardova zvijezda » 10,3″), u pravilu su to vrlo male vrijednosti. Stoga vlastito kretanje zvijezda iskazujemo u intervalu od 100 godina. Određivanje vlastitog kretanja izvodi se usporedbom višegodišnjih preciznih mjerenja položaja zvijezda.
