Собственное движение и прецессия

Звёзды не приклеены к небу намертво: они смещаются, а сама точка отсчёта координат медленно дрейфует.

Собственное движение — угловое смещение звезды по небу за год (обычно в угловых секундах). Прецессия — медленный конический дрейф земной оси с периодом около 26000 лет.

Звёзды движутся

На человеческой шкале времени созвездия кажутся вечными, но звёзды движутся в пространстве, и их положение на небе медленно меняется. Скорость этого видимого смещения называют собственным движением $\mu$, измеряют в угловых секундах в год. Рекордсмен — звезда Барнарда: она проходит около $10.3''$ в год, то есть за полтора века смещается на видимый диаметр Луны. Зная собственное движение и расстояние, можно оценить настоящую (тангенциальную) скорость звезды поперёк луча зрения.

$$v_t = 4.74\,\mu\,d$$

где $v_t$ — тангенциальная скорость в км/с, $\mu$ — собственное движение в $''$/год, $d$ — расстояние в парсеках. Коэффициент $4.74$ переводит единицы.

def tangential_velocity(mu_arcsec_yr, d_pc):
    """Тангенциальная скорость (км/с) по собственному движению и расстоянию."""
    return 4.74 * mu_arcsec_yr * d_pc

for name, mu, d in [("звезда Барнарда", 10.3, 1.83), ("Сириус", 1.33, 2.64)]:
    v = tangential_velocity(mu, d)
    print(f"{name}: v_t = {round(v, 1)} км/с")

Вывод:

звезда Барнарда: v_t = 89.3 км/с
Сириус: v_t = 16.6 км/с

Прецессия земной оси

Есть и второй источник изменений — движение самой системы отсчёта. Земная ось не стоит на месте: под действием притяжения Луны и Солнца к экваториальному вздутию Земли ось медленно описывает конус, как качающийся волчок. Полный оборот занимает около $26000$ лет. Из-за этого точка весеннего равноденствия (начало отсчёта прямого восхождения) ползёт по эклиптике, и за тысячи лет роль Полярной звезды переходит к разным звёздам. Около $3000$ года до н.э. полюс указывал на звезду Тубан, а через $12000$ лет «полярной» станет Вега.

Как работает под капотом

Собственное движение и прецессия — разные явления, которые легко спутать. Собственное движение — это реальное перемещение конкретной звезды в пространстве, у каждой звезды своё. Прецессия — это смещение всей координатной сетки, одинаковое для всех объектов. Именно из-за прецессии каталоги привязывают к эпохе (J2000), о чём мы говорили в уроке про RA и Dec. Для точных расчётов координаты звезды на нужную дату получают, добавляя к каталожным значениям и прецессию сетки, и собственное движение самой звезды.

Частые ошибки

• Путать собственное движение (своё у каждой звезды) с прецессией (общий дрейф сетки).
• Забывать, что $v_t$ — только поперечная скорость; полная скорость учитывает ещё и лучевую (по Доплеру).
• Считать координаты звезды вечными — за столетия они заметно меняются.

Итог

• Собственное движение — годовое угловое смещение звезды; $v_t = 4.74\,\mu\,d$.
• Прецессия — конический дрейф земной оси с периодом ~26000 лет, смещающий всю сетку координат.
• Поэтому координаты привязывают к эпохе и при необходимости пересчитывают на дату.