¿Por qué el eje de la Tierra no cambia durante el año?

Entiendo que el eje de la Tierra apunta en la misma dirección en el espacio durante toda su órbita alrededor del sol. Y esto es lo que causa nuestras estaciones.

Mi pregunta es ¿por qué el eje no sigue la trayectoria orbital (algo así como un automóvil conduciendo alrededor de un círculo)?

Me imagino que la Luna juega un papel en esto.

Como pregunta secundaria, ¿los otros planetas de nuestro sistema solar orbitan lo mismo que la Tierra (su eje apunta en la misma dirección en el espacio para toda su órbita)?

Entiendo que el eje de la Tierra apunta en la misma dirección en el espacio durante toda su órbita alrededor del sol. Y esto es lo que causa nuestras estaciones.

La segunda afirmación es correcta. La inclinación axial es el principal impulsor de las estaciones.

La primera afirmación no es exactamente correcta. Hay un cambio pequeño pero persistente en la orientación del eje de la Tierra. El cambio en el transcurso de un año es pequeño. El cambio en el transcurso de 13,000 años es grande. En 13,000 años, el eje de la Tierra estará inclinado unos 47 grados en comparación con la orientación actual. En otros 13,000 años, la Tierra estará orientada de manera muy similar a como está orientada ahora. Escribiré más sobre esto más tarde.

Mi pregunta es ¿por qué el eje no sigue la trayectoria orbital (algo así como un automóvil conduciendo alrededor de un círculo)?

Ese no es un buen modelo mental. El único contacto entre su automóvil y el suelo son las partes inferiores de las cuatro ruedas de su automóvil. Las fuerzas en estas cuatro áreas de contacto pequeñas son las que cambian la orientación de su automóvil y el vector de velocidad de su automóvil. Esto significa que el par de torsión en su automóvil cuando gira el volante y la fuerza centrípeta en su automóvil que hace que su cuidado negocie un giro están íntimamente conectados. Gire el volante suavemente y la parte delantera pesada de su automóvil sigue su ejemplo. Asumiendo un giro suave, la parte trasera ligera de su automóvil pronto sigue su ejemplo. Si gira demasiado, su automóvil comienza a patinar en lugar de girar. Gire aún más fuerte y corre el riesgo de que su auto se voltee y ruede. El movimiento de su automóvil depende de ese acoplamiento íntimo entre la fuerza y ​​el torque.

La gravitación no funciona así. En cambio, actúa en todos y cada uno de los rincones de la Tierra, todos juntos, todos a la vez, todo el tiempo. Hay una ligera variación en la aceleración inducida gravitacionalmente en la Tierra debido a variaciones en la distancia a la Luna (o al Sol), pero estas variaciones son pequeñas. La fuerza gravitacional neta en la Tierra está muy desacoplada del pequeño torque neto del gradiente de gravedad neto en la Tierra.

El resultado principal del par de gradiente de gravedad ejercido por la Luna y el Sol en la Tierra es una precesión muy lenta pero grande del eje de rotación de la Tierra (para más información, lea este artículo de Wikipedia sobre precesión axial ). Esta precesión hace que el eje de rotación de la Tierra gire alrededor de lo normal a la eclíptica a una velocidad de una revolución cada 25772 años. Hay efectos menores llamados colectivamente nutaciones y movimiento polar que resultan del par de gradiente de gravedad. Estos efectos menores son mucho más pequeños en magnitud pero tienen períodos mucho, mucho más cortos. El mayor de estos efectos menores es el resultado de las variaciones cíclicas de 18,61 años en el nodo lunar. Incluso este componente más grande de la nutación es pequeño, dos órdenes de magnitud más pequeños que la gran pero lenta precesión.

Imagine la Tierra como una pequeña bola suspendida en el aire, sin moverse, aunque está girando sobre su eje. A menos que se le apliquen fuerzas, no pasará absolutamente nada. Eso es conservación de energía (o impulso; puedes trabajar con ella de cualquier manera). La Tierra no comenzará a moverse espontáneamente en una dirección porque eso violaría la conservación de la energía traslacional y la conservación del momento lineal. Si eso sucediera, la energía se obtendría de la nada.

Por la misma razón, la Tierra no comenzará a inclinarse hacia un lado. Esta es la conservación de la energía cinética rotacional y la conservación del momento angular en el trabajo. ¿Comprensión?

Entonces, sí, Keith es perfecto. Necesitarías algún tipo de torque para girar el eje de la Tierra de esa manera.

Entonces, ¿por qué eje de la Tierra mueven más de 26.000 años (lo hace, por cierto, no un ciclo por año)? Al igual que con las mareas, así como la forma en que la rotación de la Tierra se está desacelerando, son principalmente las fuerzas de marea de la Luna y el Sol en el trabajo, aunque los otros planetas hacen algunas contribuciones a los cambios generales.

Puedo agregar algunas matemáticas si lo desea, pero tenga cuidado, lo estoy aprendiendo yo mismo, por lo que no se explicará tan bien como le gustaría.

Los otros planetas obedecen las mismas leyes que la Tierra, por lo que sus ejes deben apuntar en la misma dirección durante todo el año, ignorando los efectos de la precesión axial.

El ángulo cambiante entre el sol y la luna causa una ligera nutación en el eje de rotación de la Tierra durante un período de 18,6 años .

En el caso de la Tierra, las principales fuentes de fuerza de marea son el Sol y la Luna, que cambian continuamente de ubicación entre sí y, por lo tanto, causan nutación en el eje de la Tierra. El componente más grande de la nutación de la Tierra tiene un período de 18,6 años, el mismo que el de la precesión de los nodos orbitales de la Luna. 1 Sin embargo, existen otros términos periódicos importantes que deben calcularse en función de la precisión deseada del resultado.

El término principal de nutación se debe a la regresión de la línea nodal de la luna y tiene el mismo período de 6798 días (18,61 años). Alcanza más o menos 17 ″ en longitud y 9 ″ en oblicuidad. Todos los demás términos son mucho más pequeños; el siguiente más grande, con un período de 183 días (0.5 años), tiene amplitudes de 1.3 ″ y 0.6 ″ respectivamente.

No es un gran efecto (del enlace):

La Tierra actúa como un giroscopio masivo. Se requeriría una fuerza tremenda para cambiar la orientación del eje. Si bien las fuerzas ciertamente se ejercen, no son lo suficientemente grandes como para causar un cambio apreciable en la orientación del eje a medida que la Tierra cae / orbita alrededor del Sol. Como indica, la orientación del eje es responsable del cambio de temporada. Las áreas que reciben la exposición más directa a la luz solar son en verano; Las áreas que reciben luz solar directa son en invierno.

La rotación de la Tierra alrededor del Sol no es circular sino elíptica. Durante su órbita, la distancia de la Tierra al Sol cambia. Muchas fuentes informan que si bien esto es cierto, tiene poco efecto en la temporada. Estas fuentes indican que la orientación del eje de la Tierra combinada con la "inclinación" de la órbita de la Tierra sobre o debajo del ecuador del Sol determina las estaciones.

Vamos a mantener las cosas simples. A continuación se muestra una imagen de la órbita de la Tierra.

Considero que la pregunta significa por qué el eje no apunta hacia el Sol todo el tiempo. La respuesta que compara la Tierra con un giroscopio es la más fácil de usar. El efecto de giro en el eje causa una fuerza que ayuda a mantener el eje de la Tierra en un ángulo de 23.5 ° (Aprox.) Hay una ligera oscilación de unos pocos metros en el eje de la Tierra. Intenta mirar desde arriba para aclararlo. Hay un círculo rojo de rotación en el poste si miras de cerca.

La Tierra no se mueve alrededor del Sol, de hecho está siendo atraída hacia el Sol, pero va lo suficientemente rápido a su alrededor para contrarrestar la gravedad y no acercarse, de la misma manera que los satélites permanecen en órbita en el espacio. El automóvil sería más como una nave espacial, ya que tendría una fuerza / empuje empujándolo alrededor del Sol.

En cuanto a la segunda pregunta, los otros planetas hacen lo mismo pero en diferentes ángulos.

Debido a que la atracción gravitacional del Sol sobre la Tierra es (casi) uniforme, no inclina la Tierra, solo la tira en su conjunto, sin afectar el giro de la Tierra alrededor de su propio eje.

El radio de la Tierra es de ~ 6,400 km, la distancia al Sol es de ~ 150,000,000 km, y la fuerza gravitacional disminuye como un cuadrado de una distancia, por lo que la relación en la atracción de algunos dos pequeños volúmenes de la Tierra, el más cercano y el más alejado de el Sol en un momento dado, es

entonces la fuerza de inclinación es muy pequeña.

Si la variación fuera exactamente 0 (es decir, la relación exactamente 1), la fuerza de inclinación sería exactamente 0 y el giro de la Tierra no se habría visto afectado en absoluto. Para obtener eso, elimine el Sol de la imagen.

Y según la teoría general de la relatividad, si la Tierra se moviera en una fuerza uniforme, sería como si no hubiera ninguna fuerza, desde el punto de vista de la Tierra.

Si el eje de la Tierra siempre apunta hacia Polaris, entonces el eje de la Tierra tiene que cambiar continuamente durante todo el año durante un cambio de distancia de órbita de 186,000,000 millas.

Si la inclinación en diciembre es de 23.4 grados, marzo sería menos inclinación y una inclinación adicional hacia el sol, junio sería la inclinación más pequeña de la Tierra, octubre sería menos inclinación y una inclinación adicional hacia el sol. Sin este cambio de inclinación de la Tierra, Polaris solo se alinearía un día al año en diciembre.

Puede probar esto fácilmente usted mismo.