Pourquoi l'axe de la Terre ne change-t-il pas au cours de l'année?

Ma compréhension est que l'axe de la Terre pointe dans la même direction dans l'espace pendant toute son orbite autour du soleil. Et c'est ce qui cause nos saisons.

Ma question est pourquoi l'axe ne suit-il pas la trajectoire orbitale (un peu comme une voiture qui tourne autour d'un cercle)?

J'imagine que la Lune y joue un rôle.

Comme question secondaire, les autres planètes de notre système solaire sont-elles en orbite comme la Terre (son axe pointe dans la même direction dans l'espace pour toute son orbite)?

Ma compréhension est que l'axe de la Terre pointe dans la même direction dans l'espace pendant toute son orbite autour du soleil. Et c'est ce qui cause nos saisons.

La deuxième affirmation est correcte. L'inclinaison axiale est le principal moteur des saisons.

La première affirmation n'est pas exactement correcte. Il y a un changement petit mais persistant dans l'orientation de l'axe de la Terre. Le changement au cours d'une année est faible. Le changement au cours de 13 000 ans est important. Dans 13 000 ans, l'axe de la Terre sera incliné d'environ 47 degrés par rapport à l'orientation actuelle. Dans encore 13 000 ans, la Terre sera orientée de manière très similaire à la façon dont elle est orientée actuellement. J'écrirai plus à ce sujet plus tard.

Ma question est pourquoi l'axe ne suit-il pas la trajectoire orbitale (un peu comme une voiture qui tourne autour d'un cercle)?

Ce n'est pas un bon modèle mental. Le seul contact entre votre voiture et le sol est le bas des quatre roues de votre voiture. Les forces à ces quatre petites zones de contact sont ce qui change l'orientation de votre voiture et change le vecteur de vitesse de votre voiture. Cela signifie que le couple sur votre voiture lorsque vous tournez le volant et la force centripète sur votre voiture qui fait que votre soin négocie un virage sont intimement liés. Tournez doucement le volant et l'avant lourd de votre voiture emboîte le pas. En supposant un virage en douceur, l'arrière léger de votre voiture suit bientôt. Si vous tournez trop fort, votre voiture commence à déraper au lieu de tourner. Tournez encore plus fort et vous risquez de faire tourner et rouler votre voiture. Le mouvement de votre voiture dépend de ce couplage intime entre la force et le couple.

La gravitation ne fonctionne pas comme ça. Au lieu de cela, il agit sur chaque partie de la Terre, tous ensemble, tous en même temps, tout le temps. Il existe une légère variation de l'accélération induite par la gravitation à travers la Terre en raison des variations de la distance à la Lune (ou au Soleil), mais ces variations sont faibles. La force gravitationnelle nette sur la Terre est très découplée du petit couple de gradient de gravité net sur la Terre.

Le principal résultat du couple de gradient de gravité exercé par la Lune et le Soleil sur la Terre est une précession très lente mais importante de l'axe de rotation de la Terre (pour en savoir plus, lisez cet article wikipedia sur la précession axiale ). Cette précession fait tourner l'axe de rotation de la Terre autour de la normale à l'écliptique à raison d'un tour par 25772 ans. Il y a moins d'effets collectivement appelés nutations et mouvement polaire qui résultent du couple de gradient de gravité. Ces effets moindres sont beaucoup, beaucoup plus petits mais ont des périodes beaucoup plus courtes. Le plus grand de ces effets moindres résulte des variations cycliques de 18,61 ans dans le nœud lunaire. Même cette plus grande composante de la nutation est petite, deux ordres de grandeur plus petite que la grande mais lente précession.

Imaginez la Terre comme une petite boule suspendue dans les airs, ne bougeant pas, bien qu'elle tourne sur son axe. À moins que des forces ne lui soient appliquées, il ne se passera absolument rien. C'est la conservation de l'énergie (ou de l'élan; vous pouvez travailler avec elle de toute façon). La Terre ne commencera pas spontanément à se déplacer dans une direction, car cela violerait la conservation de l'énergie de translation et la conservation de l'élan linéaire. Si cela se produisait, l'énergie serait tirée de nulle part.

Pour la même raison, la Terre ne commencera pas à s'incliner d'un côté. Il s'agit de la conservation de l'énergie cinétique de rotation et de la conservation du moment angulaire au travail. Savvy?

Alors oui, Keith est parfait. Vous auriez besoin d'une sorte de couple pour faire tourner l'axe de la Terre comme ça.

Alors , pourquoi ne l' axe de la Terre de mouvement plus de 26.000 ans (il le fait, par ailleurs, tout simplement pas un cycle par an)? Tout comme avec les marées, ainsi que la façon dont la rotation de la Terre ralentit, ce sont principalement les forces de marée de la Lune et du Soleil qui agissent, bien que les autres planètes apportent certaines contributions aux changements globaux.

Je peux ajouter des mathématiques si vous le souhaitez, mais attention, je l'apprends moi-même, donc cela ne sera pas expliqué aussi bien que vous le souhaitez.

Les autres planètes obéissent aux mêmes lois que la Terre, de sorte que leurs axes devraient pointer dans la même direction tout au long de l'année, en ignorant les effets de la précession axiale.

L'angle changeant entre le soleil et la lune provoque une légère nutation dans l'axe de rotation de la Terre sur une période de 18,6 ans .

Dans le cas de la Terre, les principales sources de force de marée sont le Soleil et la Lune, qui changent continuellement de position l'une par rapport à l'autre et provoquent ainsi une nutation dans l'axe de la Terre. La plus grande composante de la nutation de la Terre a une période de 18,6 ans, la même que celle de la précession des nœuds orbitaux de la Lune. 1 Cependant, il existe d'autres termes périodiques importants qui doivent être calculés en fonction de la précision souhaitée du résultat.

Le terme principal de nutation est dû à la régression de la ligne nodale de la lune et a la même période de 6798 jours (18,61 ans). Il atteint plus ou moins 17 ″ de longitude et 9 ″ d'obliquité. Tous les autres termes sont beaucoup plus petits; le suivant, avec une période de 183 jours (0,5 an), a des amplitudes de 1,3 "et 0,6" respectivement.

Ce n'est pas un grand effet (à partir du lien):

La Terre agit comme un gyroscope massif. Une force énorme serait nécessaire pour changer l'orientation de l'axe. Bien que des forces soient certainement exercées, elles ne sont pas suffisamment importantes pour provoquer un changement appréciable de l'orientation de l'axe lorsque la Terre tombe / orbite autour du Soleil. Comme vous l'indiquez, l'orientation de l'axe est responsable du changement de saison. Les zones qui reçoivent l'exposition la plus directe au soleil sont en été; les zones qui reçoivent un rayonnement solaire sont en hiver.

La rotation de la Terre autour du Soleil n'est pas circulaire mais elliptique. Pendant son orbite, la distance entre la Terre et le Soleil change. De nombreuses sources signalent que même si cela est vrai, cela a peu d'effet sur la saison. Ces sources indiquent que l'orientation de l'axe de la Terre combinée à l'inclinaison de l'orbite terrestre au-dessus ou au-dessous de l'équateur du Soleil détermine les saisons.

Permet de garder les choses simples. Ci-dessous, une image de l'orbite de la Terre.

Je prends la question pour signifier pourquoi l'axe ne pointe pas vers le Soleil tout le temps. La réponse comparant la Terre à un gyroscope est la plus simple à utiliser. L'effet de rotation sur l'axe provoque une force qui aide à maintenir l'axe de la Terre à un angle de 23,5 ° (environ), il y a une légère oscillation de quelques mètres dans l'axe de la Terre. Essayez de regarder d'en haut pourrait le rendre plus clair. Si vous regardez attentivement, il y a un cercle de rotation rouge au pôle.

La Terre ne tourne pas autour du Soleil, elle est en effet attirée vers le Soleil mais va assez vite autour d'elle pour contrer la gravité et ne pas se rapprocher, de la même manière que les satellites restent en orbite dans l'espace. La voiture ressemblerait plus à un vaisseau spatial car elle aurait une force / poussée le poussant autour du Soleil.

Quant à la deuxième question, les autres planètes font de même mais sous des angles différents.

Parce que l'attraction gravitationnelle du Soleil sur la Terre est (presque) uniforme, il n'incline pas la Terre, il ne la tire que dans son ensemble, sans affecter la rotation de la Terre autour de son propre axe.

Le rayon de la Terre est de ~ 6 400 km, la distance au Soleil est de ~ 150 000 000 km, et la force gravitationnelle diminue comme un carré de distance, de sorte que le rapport dans l'attraction sur quelque deux petits volumes de Terre, le plus proche et le plus éloigné de le Soleil à un moment donné, est

la force de basculement est donc très faible.

Si la variation était exactement de 0 (c'est-à-dire le rapport exactement 1), la force d'inclinaison serait exactement de 0 et la rotation de la Terre n'aurait pas été affectée du tout. Pour l'obtenir, supprimez le soleil de l'image.

Et selon la théorie générale de la relativité, si la Terre se déplaçait dans une force uniforme, ce serait comme s'il n'y avait aucune force du tout, du point de vue de la Terre.

Si l'axe de la Terre pointe toujours vers Polaris, alors l'axe de la Terre doit changer continuellement tout au long de l'année sur un changement de distance en orbite de 186 000 000 de miles.

Si l'inclinaison en décembre est de 23,4 degrés, alors mars serait moins d'inclinaison et une inclinaison supplémentaire vers le soleil, juin serait la plus petite inclinaison de la Terre, octobre serait moins d'inclinaison et et une inclinaison supplémentaire vers le soleil. Sans ce changement d'inclinaison de la Terre, Polaris ne serait aligné qu'un jour par an en décembre.

Vous pouvez facilement le prouver vous-même.