НУТА́ЦИЯ

НУТА́ЦИЯ, од­на из со­став­ляю­щих вра­ща­тель­но­го дви­же­ния те­ла, ха­рак­те­ри­зуе­мая из­ме­не­ни­ем уг­ла ме­ж­ду осью соб­ст­вен­но­го вра­ще­ния те­ла и осью, во­круг ко­то­рой про­ис­хо­дит пре­цес­сия. Вра­щат. дви­же­ние те­ла (рис.) скла­ды­ва­ет­ся из собств. вра­ще­ния (с уг­ло­вой ско­ро­стью Ω) во­круг свя­зан­ной с те­лом оси OZ, пре­цес­сии (с уг­ло­вой ско­ро­стью ω) оси OZ во­круг не­под­виж­ной оси OZ₁ и Н. – из­ме­не­ния уг­ла θ (уг­ла Н.) ме­ж­ду ося­ми OZ и OZ₁.

Схема вращательного движения тела.

Ну­та­ци­он­ные ко­ле­ба­ния мож­но на­блю­дать на на­чаль­ной ста­дии дви­же­ния вра­щаю­ще­го­ся волч­ка (ги­ро­ско­па) в ре­жи­ме псев­до­ре­гу­ляр­ной пре­цес­сии: ко­нец оси волч­ка, как пра­ви­ло, опи­сы­ва­ет пет­ле­об­раз­ную кри­вую. Умень­ше­ние уг­ло­вой ско­ро­сти собств. вра­ще­ния волч­ка со­про­во­ж­да­ет­ся рос­том ам­пли­ту­ды ну­та­ци­он­ных ко­ле­ба­ний, осо­бен­но за­мет­ных на ко­неч­ной ста­дии дви­же­ния волч­ка.

Н. ино­гда на­зы­ва­ют так­же не­ко­то­рые дви­же­ния ме­ха­нич. сис­тем, со­дер­жа­щих бы­ст­ров­ра­щаю­щие­ся ги­ро­ско­пы. При та­ких дви­же­ни­ях оси ги­ро­ско­пов со­вер­ша­ют ко­ле­ба­ния вы­со­кой час­то­ты и ма­лой ам­пли­ту­ды. Обыч­но эти ко­ле­ба­ния за­ту­ха­ют под дей­ст­ви­ем тре­ния.

В ас­тро­но­мии под Н. по­ни­ма­ют ва­риа­ции в дви­же­нии оси вра­ще­ния не­бес­но­го те­ла от­но­си­тель­но инер­ци­аль­ной сис­те­мы ко­ор­ди­нат, вы­зван­ные внешней при­лив­ной си­лой. Пе­ри­од этих ва­риа­ций зна­чи­тель­но мень­ше пе­рио­да ва­риа­ций, вы­зван­ных пре­цес­си­ей. Прецес­сия и Н. мо­гут на­блю­дать­ся у лю­бо­го не­сфе­рич. не­бес­но­го те­ла, ес­ли ось его вра­ще­ния не пер­пен­ди­ку­ляр­на плос­ко­сти ор­би­ты.

При­чи­ной пре­цес­сии и Н. оси вра­ще­ния Зем­ли яв­ля­ет­ся при­тя­же­ние Лу­ной, Солн­цем и пла­не­та­ми эк­ва­то­ри­аль­но­го из­быт­ка масс Зем­ли. Си­лы при­тя­же­ния стре­мят­ся со­вмес­тить плос­кость эк­ва­то­ра Зем­ли с плос­ко­стью её ор­би­ты (эк­лип­ти­кой), од­на­ко это­му пре­пят­ст­ву­ет вра­ще­ние Зем­ли (из-за её боль­шо­го уг­ло­во­го мо­мен­та). В ре­зуль­та­те из­ме­ня­ет­ся угол ме­ж­ду эк­ва­то­ром и эк­лип­ти­кой (т. н. Н. в на­кло­не). Кро­ме то­го, ли­ния пе­ре­се­че­ния эк­ва­то­ра и эк­лип­ти­ки дви­жет­ся в про­стран­ст­ве (т. н. Н. в дол­го­те).

Слож­ное дви­же­ние Зем­ли по ор­би­те во­круг Солн­ца, а так­же Лу­ны во­круг Зем­ли при­во­дит к из­ме­не­нию при­лив­ных сил, вы­зы­ваю­щих Н., и, со­от­вет­ст­вен­но, к по­яв­ле­нию во вра­ще­нии Зем­ли ва­риа­ций с разл. пе­рио­да­ми. Вслед­ст­вие ну­та­ци­он­но­го дви­же­ния ось вра­ще­ния Зем­ли опи­сы­ва­ет слож­ные пет­ли в про­стран­ст­ве. Гл. ну­та­ци­он­ная гар­мо­ни­ка, имею­щая пе­ри­од 18,6 го­да, оп­ре­де­ля­ет­ся по­во­ро­том плос­ко­сти лун­ной ор­би­ты; ам­пли­ту­да этой гар­мо­ни­ки со­став­ля­ет ок. 17,2″ для Н. в дол­го­те и 9,2″ для Н. в на­кло­не. Гар­мо­ни­ки с мень­шим пе­рио­дом, оп­ре­де­ляю­щие мень­шие ну­та­ци­он­ные пет­ли, вы­зва­ны эл­лип­тич­но­стью ор­бит Лу­ны и Зем­ли, на­кло­ном ор­би­ты Лу­ны к эк­лип­ти­ке и др. при­чи­на­ми. Совр. тео­рия Н. Зем­ли, при­ня­тая Ме­ж­ду­нар. ас­тро­но­мич. сою­зом в 2000, опи­сы­ва­ет ок. 1500 гар­мо­ник ну­та­ци­он­но­го дви­же­ния с пе­рио­дом от 2 сут до 18,6 го­да и ам­пли­ту­да­ми от 10^–5″ до 17,2″.

Не­об­хо­ди­мость по­строе­ния точ­ной тео­рии Н. Зем­ли вы­зва­на тем, что ре­зуль­та­ты всех ас­тро­но­мич. на­блю­де­ний долж­ны быть пред­став­ле­ны в инер­ци­аль­ной (не свя­зан­ной с Зем­лёй) сис­те­ме ко­ор­ди­нат, оси ко­то­рой за­да­ны на эпо­ху J2000,0. Пре­цес­сия и Н. при­во­дят к сме­ще­нию ко­ор­ди­нат­ной сет­ки на не­бес­ной сфе­ре, по­это­му для пре­об­ра­зо­ва­ния ко­ор­ди­нат не­бес­ных тел из сис­те­мы, свя­зан­ной с мгно­вен­ным эк­ва­то­ром Зем­ли, к инер­ци­аль­ной сис­те­ме от­счё­та не­об­хо­дим учёт пре­цес­сии и ну­та­ции.

Па­ра­мет­ры Н. и пре­цес­сии за­ви­сят от ве­ли­чи­ны сжа­тия Зем­ли, её внутр. строе­ния, на­кло­на оси вра­ще­ния Зем­ли к плос­ко­сти ор­би­ты, рас­по­ло­же­ния Лу­ны, Солн­ца и пла­нет. Т. о., для по­строе­ния тео­рии пре­цес­сии–ну­та­ции Зем­ли не­об­хо­ди­мо знать эфе­ме­ри­ды Солн­ца, Лу­ны и пла­нет, а так­же внутр. строе­ние Зем­ли.

Пер­вая тео­рия Н. Зем­ли (соз­да­на амер. ме­тео­ро­ло­гом Э. Ву­лар­дом в 1953) рас­смат­ри­ва­ла Зем­лю как аб­со­лют­но твёр­дое те­ло (без жид­ко­го яд­ра) и да­ва­ла лишь ка­че­ст­вен­ное со­гла­сие с на­блю­де­ния­ми. Совр. тео­рия Н. Зем­ли ба­зи­ру­ет­ся на на­блю­де­ни­ях вне­га­лак­тич. ра­дио­ис­точ­ни­ков, про­во­ди­мых с по­мо­щью ра­дио­ин­тер­фе­ро­мет­ров со сверх­длин­ны­ми ба­за­ми. В этой тео­рии уч­те­ны осо­бен­но­сти строе­ния Зем­ли: на­ли­чие вяз­ко­го жид­ко­го яд­ра и уп­ру­го­го внутр. яд­ра, вра­ще­ние по­след­не­го. Ман­тия предпо­ла­га­ет­ся не­уп­ру­гой. Взаи­мо­дей­ст­вие жид­ко­го яд­ра и ман­тии осу­ще­ст­в­ля­ет­ся по­сред­ст­вом элек­тро­маг­нит­ных сил. Ве­ли­чи­ны не­ко­то­рых па­ра­мет­ров, ха­рак­те­ри­зую­щих строе­ние Зем­ли, не бы­ли из­вест­ны на мо­мент по­строе­ния тео­рии Н. и бы­ли по­доб­ра­ны так, что­бы тео­рия хо­ро­шо со­гла­со­вы­ва­лась с на­блю­де­ния­ми. Т. о., че­рез под­бор па­ра­мет­ров бы­ла по­лу­че­на оцен­ка важ­ных ха­рак­те­ри­стик внутр. строе­ния Зем­ли (вяз­ко­сти жид­ко­го яд­ра, ско­ро­сти вра­ще­ния твёр­до­го яд­ра, ве­ли­чи­ны элек­тро­маг­нит­ных сил, ге­не­ри­руе­мых в яд­ре, и т. д.). Совр. тео­рия Н. по­зво­ля­ет пред­ска­зы­вать по­ло­же­ние оси вра­ще­ния Зем­ли в про­стран­ст­ве с ошиб­кой 0,0002″.