Precessie

De beweging van de tol wordt bepaald door de wet van behoud van impulsmoment:

${\displaystyle {\frac {\mathrm {d} {\vec {L}}}{\mathrm {d} t}}={\vec {r}}\times {\vec {F}}={\vec {\tau }}}$,

met ${\displaystyle {\vec {\tau }}}$ het uitgeoefende moment. Deze formule zegt dat de verandering van de richting van impulsmoment ${\displaystyle L}$, dus van de rotatieas, van het moment afhangt dat men erop uitoefent. Een moment staat altijd loodrecht op de kracht. De zwaartekracht ${\displaystyle F_{z}}$ levert hier een moment dat in een horizontaal vlak ligt. De richtingsverandering van de rotatieas is dus voortdurend horizontaal: de top van de rotatieas beschrijft een cirkel in een horizontaal vlak. De verandering is dus niet, zoals men spontaan verwacht, verticaal volgens de kracht.

Precessie Precessie

Beweging van een tol of een planeet: R=rotatie P=precessie N=nutatie

precessiecirkel van de noordelijke hemelpool

precessiecirkel van de zuidelijke hemelpool

De aarde is enigszins te vergelijken met een tol die niet precies rechtop staat. De evenaar maakt een hoek met de ecliptica. Gedurende de geologische geschiedenis schommelt deze glooiingshoek, of inclinatie, tussen 21,5 en 24,5 graden. De hoek is nu ongeveer 23,5 graden. De zon oefent een kracht uit op het massaoverschot dat zich door de afplatting van de aarde rondom de evenaar bevindt. Deze kracht zal proberen de inclinatie te verminderen tot de aardas loodrecht op de ecliptica staat. Deze kracht werkt dus tegengesteld aan de zwaartekracht op een speelgoedtol. Doordat de aarde om haar as draait, is het resultaat dat de aardas zelf een kegel rondom de pool van de ecliptica beschrijft. Dit uit zich in een verplaatsing van de noordpool aan de hemel, zij beschrijft een cirkel van 23,5 graden rondom de pool van de ecliptica. De periode van de precessie is 26.000 jaar.

De precessieperiode zou volgens Milanković ook een rol spelen in de periodieke klimaatveranderingen van de aarde. Hij vond echter een periodiciteit van 23.000 jaar, wat te maken heeft met de precessie van het perihelium, het verschijnsel dat de oriëntatie van de excentrische baan die de aarde om de zon beschrijft geleidelijk verandert: vanuit het noorden bezien draait de lange as van de baan langzaam tegen de wijzers van de klok in.

De noordelijke hemelpool is op het ogenblik minder dan één graad van de ster Polaris, alpha Ursae Minoris, verwijderd. Deze ster heet daarom de poolster. Omstreeks 2800 v.Chr. was Thuban, alpha Draconis, de poolster, toekomstige noordelijke poolsterren zijn gamma Cephei (4145 A.D.) en Adleramin, alpha Cephei, (7530 A.D.); over 25.770 jaar zal de hemelpool weer ongeveer met Polaris samenvallen.

De toekomstige zuidelijke poolsterren zullen zijn: sterrenbeeld Kiel, in 5770, upsilon Carinae 6850, Turais, iota Carinae 8075, en sterrenbeeld Zeilen 9240.

De verandering van de plaats van de hemelpolen brengt ook een verschuiving van het lentepunt en het herfstpunt met zich mee: elk jaar gaat het lentepunt de zon 50 boogseconden tegemoet. Daardoor veranderen ook de declinatie en rechte klimming van de sterren, omdat die ten opzichte van het lentepunt worden bepaald. Om de juiste plaats van een ster aan te kunnen geven, moet men weten voor welk tijdstip, epoche, de opgegeven declinatie en rechte klimming, in astronomische coördinaten, gelden en deze zo nodig met behulp van precessie-tabellen corrigeren.

De dagen waarop de winter in de lente overgaat of waarop de zomer in de herfst overgaat, de equinoxen, vallen samen met de momenten waarop de aardas noch naar de zon toe, noch van de zon af wijst. De dagen en nachten zijn dan overal even lang. De verschuiving van deze punten door de precessie van de aardas heet de precessie van de equinoxen. Het verschijnsel is algemeen bekend als axiale precessie.

Doordat de baan van de aarde om de zon enigszins excentrisch is, tussen 1 en 6%, betekent die precessie ook dat de lengte van de zomers ten opzichte van die van de winters varieert. Tegenwoordig is op het noordelijk halfrond de zomer daardoor 7 dagen langer dan de winter, maar over 10.000 jaar is dat als gevolg van de precessie net andersom, dan zijn de zomers op het zuidelijk halfrond juist langer.

De periode van de precessie van de equinoxen bedraagt ongeveer 26.000 jaar. In de Engels sprekende landen spreekt men wel van The Great Year, niet te verwarren met het galactisch jaar.

Nutatie is de beweging van de omwentelingsas van een voorwerp die optreedt wanneer het massamiddelpunt van het voorwerp niet op de omwentelingsas ligt. De oorzaak van de nutatie is dus niet zoals bij precessie een externe kracht.