Por que o eixo da Terra não muda durante o ano?
Meu entendimento é que o eixo da Terra aponta na mesma direção no espaço durante toda a sua órbita ao redor do sol. E é isso que causa nossas estações.
Minha pergunta é por que o eixo não segue o caminho orbital (como um carro dirigindo em um círculo)?
Eu imagino que a Lua tenha um papel nisso.
Como questão secundária, os outros planetas em nosso sistema solar orbitam o mesmo que a Terra (seu eixo aponta na mesma direção no espaço para toda a sua órbita)?
Por que você esperaria que isso mudasse? Mudar a direção do eixo da Terra exigiria uma enorme mudança de momento angular. Ele muda ao longo de milhares de anos, mas não há mecanismo para alterá-lo em um único ano.
Não é que eu espere que isso mude. Simplesmente não sei por que funciona de uma maneira e não da outra. Eu sou um programador de computador, não um gênio da matemática / física. :)
Acho que a resposta se resume à conservação do momento angular, mas deixarei para alguém que conhece melhor a física do que eu para postar uma resposta.
Meu conselho: coloque um desses pequenos giroscópios de brinquedo ou uma roda bicyle em um eixo, faça-o girar rapidamente e tente caminhar (ou dirigir) ao redor de uma lâmpada, de modo que o eixo aponte da maneira que você espera. Você descobrirá rapidamente que precisa aplicar uma força enorme para fazer o eixo mudar de direção enquanto orbita a lâmpada; não há força correspondente na terra, portanto o eixo não muda de direção. De maneira mais geral, a resposta para "por que isso não acontece?" na física é geralmente "porque nada fez acontecer". O eixo não muda porque nenhuma força o altera.
Gyro-top para parar: Fabricante fechando a loja: "22 de fevereiro de 2015 - A fabricante de brinquedos de Nagoya, Tiger & Co., decidiu fechar seu negócio de 94 anos, possivelmente no final de abril, encerrando a produção. .. " google.com/…
A segunda declaração está correta. A inclinação axial é o principal motor das estações.
A primeira declaração não está exatamente correta. Há uma pequena mas persistente mudança na orientação do eixo da Terra. A mudança ao longo de um ano é pequena. A mudança ao longo de 13.000 anos é grande. Em 13.000 anos, o eixo da Terra será inclinado em cerca de 47 graus em comparação com a orientação atual. Em mais 13.000 anos, a Terra será orientada de maneira muito semelhante à sua orientação agora. Vou escrever mais sobre isso mais tarde.
Esse não é um bom modelo mental. O único contato entre o carro e o solo são as partes inferiores das quatro rodas do carro. As forças nessas quatro pequenas áreas de contato são o que muda a orientação do seu carro e o vetor de velocidade do seu carro. Isso significa que o torque no seu carro ao girar o volante e a força centrípeta no seu carro, que faz com que seus cuidados negociem uma curva, estão intimamente conectados. Gire o volante suavemente e a extremidade dianteira pesada do seu carro segue o exemplo. Supondo uma curva suave, a traseira leve do seu carro logo segue o exemplo. Se você virar muito, seu carro começa a derrapar em vez de virar. Torne-se ainda mais difícil e você corre o risco de virar o carro. O movimento do seu carro depende desse acoplamento íntimo entre força e torque.
Gravitação não funciona assim. Em vez disso, atua em cada pedaço da Terra, todos juntos, todos de uma vez, o tempo todo. Há uma ligeira variação na aceleração induzida pela gravidade em toda a Terra devido a variações na distância da Lua (ou Sol), mas essas variações são pequenas. A força gravitacional líquida na Terra é muito dissociada do pequeno torque gradiente de gravidade líquida na Terra.
O principal resultado do torque do gradiente de gravidade exercido pela Lua e pelo Sol na Terra é uma precessão muito lenta, mas grande, do eixo de rotação da Terra (para mais, leia este artigo da wikipedia sobre precessão axial ). Essa precessão faz o eixo de rotação da Terra girar sobre o normal para a eclíptica a uma taxa de uma revolução a cada 25772 anos. Existem efeitos menores chamados coletivamente de nutações e movimento polar que resultam do torque do gradiente de gravidade. Esses efeitos menores são muito, muito menores em magnitude, mas têm períodos muito, muito mais curtos. O maior desses efeitos menores resulta das variações cíclicas de 18,61 anos no nó lunar. Mesmo esse maior componente de nutação é pequeno, duas ordens de magnitude menores que a precessão grande, mas lenta.
A analogia do meu carro foi feita apenas para indicar um conceito - a frente do carro está sempre apontando na direção da viagem, ao contrário de dizer, sempre voltada para o norte. Isso é tudo. Não quis dizer comparação com forças de qualquer tipo.
@rmaddy: Certo, mas você precisa aplicar energia constantemente (mantendo o volante girado - ele estará lutando contra você) para que isso aconteça. Um carro no chão não é o mesmo que um planeta no espaço. Seu modelo imaginado não é o estado "padrão".
@LightnessRacesinOrbit Novamente, isso não é o que eu estava implicando com a analogia do carro. Eu estava simplesmente tentando descrever a direção, só isso.
Esta é a resposta cientificamente correta, mas não é bem explicada para alguém que não vem de uma formação em física ou em astronomia / astrofísica. Você deve considerar uma linguagem mais simples, pelo menos para o básico (ou seja, tudo até a discussão sobre precessão).
Imagine a Terra como uma pequena bola suspensa no ar, sem se mover, embora esteja girando em seu eixo. A menos que forças sejam aplicadas a ele, absolutamente nada acontecerá. Isso é conservação de energia (ou momento; você pode trabalhar com isso de qualquer maneira). A Terra não começará espontaneamente a se mover em uma direção, porque isso violaria a conservação da energia translacional e a conservação do momento linear. Se isso acontecesse, a energia seria obtida do nada.
Pelo mesmo motivo, a Terra não começará a se inclinar para um lado. Isso é conservação da energia cinética rotacional e conservação do momento angular no trabalho. Esclarecido?
Então, sim, Keith é perfeito. Você precisaria de algum tipo de torque para girar o eixo da Terra assim.
Então, por que o eixo da Terra se move durante 26.000 anos (a propósito, apenas um ciclo por ano)? Assim como nas marés, além de como a rotação da Terra está diminuindo, são principalmente as forças das marés da Lua e do Sol em ação, embora os outros planetas façam algumas contribuições para as mudanças gerais.
Posso adicionar um pouco de matemática, se você quiser, mas esteja avisado, eu mesmo estou aprendendo, para que não seja explicado da maneira que você desejar.
Os outros planetas obedecem às mesmas leis da Terra, portanto seus eixos devem apontar na mesma direção ao longo do ano, ignorando os efeitos da precessão axial.
Eu gostaria de ter uma foto, mas acho que ainda não tenho certeza por que a gravidade do Sol (que mantém a Terra em órbita) não está causando, por exemplo, o pólo norte apontar para o sol durante o ano todo. Entendo como uma bola giratória, como você descreve, aponta em uma direção. Mas a Terra está orbitando o Sol e a gravidade do Sol é uma força que atua na Terra.
@ rmaddy Isso porque realmente não há nada de especial nos pólos, em termos de gravidade. Os pólos não são mais maciços do que em qualquer outro local da Terra - na verdade, eles podem ser menos maciços, porque um segmento de linha traçado de um polo para o centro da Terra é mais curto do que uma linha traçada, digamos, do equador para o centro da terra. Não há massa extra nos polos, então não há nada extra para o Sol puxar. Isso ajuda um pouco?
Entendo que não há nada de especial no mastro. Essa foi provavelmente uma descrição enganosa. Parece que a inclinação da Terra deve permanecer constante em relação ao seu caminho orbital, não constante em relação ao espaço. Por que a órbita da Terra e a gravidade do Sol não fazem com que a inclinação seja constante no caminho orbital?
— Rddy
A gravidade do Sol não atrai o pólo mais do que atrai qualquer outra parte da Terra. Para o pólo apontar continuamente em direção ao Sol, o Sol teria que atrair o pólo mais do que qualquer outra parte da Terra - o que não acontece.
@rmaddy porque a única coisa que poderia causar -lo de fazer isso é a gravidade, e da gravidade não faz isso. A gravidade não faz a Terra dirigir em círculo ao redor do Sol como um carro; apenas puxa a Terra "de lado" em direção ao Sol o tempo todo. No espaço, a direção que algo está apontando e a direção que está se movendo não têm relação.
A mudança do ângulo entre o sol e a lua causa uma leve nutação no eixo de rotação da Terra durante um período de 18,6 anos .
No caso da Terra, as principais fontes de força das marés são o Sol e a Lua, que mudam continuamente de local um em relação ao outro e, portanto, causam nutação no eixo da Terra. O maior componente da nutação da Terra tem um período de 18,6 anos, o mesmo da precessão dos nós orbitais da Lua. 1 No entanto, existem outros termos periódicos significativos que devem ser calculados dependendo da precisão desejada do resultado.
O principal termo de nutação é devido à regressão da linha nodal da lua e tem o mesmo período de 6798 dias (18,61 anos). Atinge mais ou menos 17 ″ de longitude e 9 ″ de obliquidade. Todos os outros termos são muito menores; o próximo maior, com um período de 183 dias (0,5 ano), tem amplitudes de 1,3 ″ e 0,6 ″, respectivamente.
Não é um efeito grande (do link):
Obrigado, mas isso realmente não tem nada a ver com a minha pergunta.
Na verdade, tem tudo a ver com sua pergunta.
— Dawood diz que restabelece Monica no dia
@ DavidWallace Não. Descreveu por que a inclinação da Terra oscila um pouco com o tempo. Ele não tenta explicar por que a inclinação aponta em uma direção geral no espaço durante um ano, em vez de seguir a órbita da Terra.
Bem, sua pergunta equivale a "por que o momento angular da Terra não varia" - porque, por algum motivo, você esperava que ele variasse muito. E essa resposta está dizendo: "Bem, na verdade, varia um pouco" e explica o porquê.
@DavidWallace 1) Eu não esperava nada. Eu sei o que realmente acontece. Fiquei curioso por que algo diferente não acontece. 2) Eu sei que o eixo oscila com o tempo. Mais uma vez, nada sobre o que eu estava perguntando. É por isso que não acredito que esta resposta atenda à minha pergunta.
A Terra age como um giroscópio maciço. Uma força tremenda seria necessária para alterar a orientação do eixo. Embora as forças sejam certamente exercidas, elas não são grandes o suficiente para causar mudanças consideráveis ​​na orientação do eixo quando a Terra cai / orbita em torno do Sol. Como você indica, a orientação do eixo é responsável pela mudança de estação. As áreas que recebem a exposição mais direta à luz solar são no verão; as áreas que recebem luz solar intensa estão no inverno.
A rotação da Terra em torno do Sol não é circular, mas elíptica. Durante sua órbita, a distância da Terra ao Sol muda. Muitas fontes relatam que, embora isso seja verdade, ele tem pouco efeito na temporada. Essas fontes indicam que a orientação do eixo da Terra combinada com a "inclinação" da órbita da Terra acima ou abaixo do equador Suns determina as estações do ano.
— user4199
Obrigado, mas apenas a 1ª metade do seu primeiro parágrafo está relacionada à minha pergunta. Não estou perguntando nada sobre as estações.
Vamos manter as coisas simples. Abaixo está uma imagem da órbita da Terra.
Entendo a pergunta como o porquê do eixo não apontar para o Sol o tempo todo. A resposta que compara a Terra a um giroscópio é a mais fácil de usar. O efeito de rotação no eixo causa uma força que ajuda a manter o eixo da Terra em um ângulo de 23,5 ° (Aprox); há uma leve oscilação de alguns metros no eixo da terra. Tentar olhar de cima pode torná-lo mais claro. Há um círculo vermelho de rotação no poste, se você olhar de perto.
A Terra não está dirigindo ao redor do Sol; na verdade, está sendo puxada para o Sol, mas está indo rápido o suficiente para neutralizar a gravidade e não se aproximar, da mesma forma que os satélites permanecem orbitando no espaço. O carro seria mais como uma nave espacial, pois teria uma força / impulso empurrando-o ao redor do sol.
Quanto à segunda pergunta, os outros planetas fazem o mesmo, mas em ângulos diferentes.
Simplificada, mas na IMO esta é a resposta mais apropriada para o PO. Obtenha o básico "o que está acontecendo" a partir daqui e vá para a resposta de David Hammen para "por que está acontecendo"? Além disso, este é o único que abordou a segunda parte da questão.
Como a força gravitacional do Sol sobre a Terra é (quase) uniforme, não inclina a Terra, apenas a puxa como um todo, sem afetar a rotação da Terra em torno de seu próprio eixo.
O raio da Terra é de ~ 6.400 km, a distância do Sol é de ~ 150.000.000 km, e a força gravitacional diminui como um quadrado de distância. o Sol em um dado momento, é
( 150000 + 6,4 )2( 150000 - 6,4 )2= 1.00017068(150000+6.4)2(150000-6.4)2=1.00017068
então a força de inclinação é muito pequena.
Se a variação fosse exatamente 0 (ou seja, a razão exatamente 1), a força de inclinação seria exatamente 0 e o giro da Terra não teria sido afetado. Para isso, remova o sol da imagem.
E pela teoria geral da relatividade, se a Terra estivesse se movendo em uma força uniforme, seria como se não houvesse força, do ponto de vista da Terra.
Se o eixo da Terra está sempre apontando em direção ao Polaris, o eixo da Terra deve mudar continuamente ao longo do ano, ao longo de uma mudança de distância da órbita de 186.000.000 de milhas.
Se a inclinação em dezembro é de 23,4 graus, março seria menos inclinado e mais inclinado para o sol, junho seria a menor inclinação da Terra, outubro seria menos inclinado e inclinado em direção ao sol. Sem essa mudança de inclinação da Terra, o Polaris seria alinhado apenas um dia por ano em dezembro.