Prekessio

Hyrrän prekessioliike

Maan akseli tekee prekessioliikettä kuin hyrrän akseli, koska Kuu ja Aurinko pyrkivät vetämään päiväntasaajan pullistumaa kiertoradan tason suuntaiseksi.

Prekessio (myös presessio) tarkoittaa pyörimisakselin kiertymistä. Jos hyrrän akseli ei ole tarkkaan pystysuorassa, se suorittaa prekessioliikettä. Sen akselin suunta muuttuu siten, että kaltevuuskulma pysyy vakiona mutta kaltevuussuunta kiertyy.

Tähtitieteessä prekessiolla tarkoitetaan Maan tai muun taivaankappaleen akselin kaltevuussuunnan muuttumista pitkän ajan kuluessa. Koska Maa ei ole täysin pallomainen ja sen akseli on kallistunut ratatason suhteen, ei Auringon ja Kuun vetovoimien vaikutus ole suurin Maan keskipisteessä, vaan hiukan sivummalla. Nämä vetovoimat pyrkivät suoristamaan pyörimisakselia, niin että se olisi kohtisuorassa kiertoradan tasoon nähden. Maa vastustaa tätä vääntöä: Maan akseli kiertää hyrrän akselin tavaoin ympyrämäistä liikettä 25 725 vuoden jaksossa, joka tunnetaan nimellä platoninen vuosi. Tämän liikkeen suunta on päinvastainen kuin Maan pyörimisen ja rataliikkeen. Yhden platonisen vuoden kuluessa taivaannavat näyttävät piirtävän ekliptikan napojen ympäri ympyrää, jonka säde on sama kuin Maan akselin ja ekliptikan tason kohtisuoran välinen kulma, 23,5 astetta. Pohjoinen taivaannapa on nykyisin vajaan yhden asteen etäisyydellä Pohjantähdestä. Etäisyys tulee pienimmilleen vuonna 2102, jolloin Pohjantähti on vain 28 kaariminuutin päässä navasta. Noin 13 000 vuoden kuluttua taivaannapa on lähellä Vegaa.

Prekessiosta seuraa myös, että pitkällä aikavälillä Maa ei aina ole samalla puolella Aurinkoa samana vuodenaikana suhteessa tähtiin. Ne kohdat Maan radasta, joissa Maa on esimerkiksi kevätpäiväntasauksena, siirtyvät vuodessa noin 50,26" eli yhden asteen n. 72 vuodessa. Samoin on laita sen tähtitaivaan pisteen, taivaanekvaattorin ja ekliptikan leikkauspisteen eli kevättasauspisteen, jonka suunnassa Aurinko tällöin on. Se sijaitsi kaksituhatta vuotta sitten lähellä Kalojen ja Oinaan tähdistöjen rajaa, nykyisin lähellä Vesimiehen ja Kalojen rajaa. Vasta yhden platonisen vuoden kuluttua nämä ovat entisellä kohdallaan

Prekessio johtuu siitä, että Aurinko ja Kuu pyrkivät vetovoimillaan kääntämään litistyneen maapallon ekvaattoria ekliptikatason eli ratatason suuntaiseksi. Koska taivaankappaleiden aiheuttamat häiriöt ovat kääntäen verrannollisia etäisyyden kolmanteen potenssiin, on Kuulla läheisyytensä vuoksi suurempi vaikutus prekessioon kuin Auringolla; Kuun ja Auringon vaikutuksen suhde on n. 2:1. Lisäksi näiden kappaleiden vetovoimat kohdistuvat Maahan erisuuntaisina, sillä Kuun ratataso on kallistunut n. viisi astetta ekliptikan tason suhteen. Niinpä Kuu aiheuttaakin Maan akselille toisen kartioliikkeen, jota kutsutaan nutaatioksi. Nutaatio poikkeuttaa akselia keskiasemastaan 14-18", ja liikkeen jakso on 18,6 vuotta eli sama aika, jona Kuun solmuviiva tekee täyden kierroksen. On oletettu, että jos Maalla ei olisi kuuta, Maan akseli vaappuisi melko holtittomasti. Maan akseli osoittaa nyt lähelle Pohjantähteä. Prekession vaikutuksesta vuoden 4200 vaiheilla taivaannapa on lähellä gamma Cephei -tähteä (Kefeus), noin vuonna 8000 alfa Cepheitä ja Lyyran päätähti Vega siirtyy Pohjantähden sijasta napatähdeksi noin vuonna 14000. Muut kuin Pohjantähti jäävät kuitenkin melko kauas, 3-5 asteen etäisyydelle taivaannavasta.

Milutin Milankowićin teorian mukaan prekessioliike yhdessä eräiden muiden maan pyörimis- ja kiertoliikkeeseen liittyvien jaksollisten vaihtelujen kanssa aiheuttaa suuria ilmastonmuutoksia ja on yksi jääkausien syy.

Kuun ja Auringon yhdessä aiheuttaman prekession, Kuu-Aurinko-prekession, ja Kuusta johtuvan nutaation lisäksi voidaan maapallon akselin liikkeissä havaita myös aivan pieniä, planeettain vetovoimista aiheutuvia muutoksia, joita nimitetään planeettaprekessioksi. Kaikki nämä tekijät yhdessä vaikuttavat sen, että taivaannavan liikkeestä tulee erittäin mutkikas; nutaatio muovaa taivaanrannan ympyrän aaltoviivaksi, johon planeettaprekessio synnyttää vähäistä, epätasaista sykähtelyä. Maan akselin liikkeet saavat aikaan sen, että tähtitieteessä käytetyt taivaankappaleiden koordinaatit muuttuvat jatkuvasti, koska koordinaattijärjestelmät (ekvaattori- ja ekliptikakoordinaatistot) on kiinnitetty Maan asennosta riippuviin perustasoihin. Tästä syystä tähtiluetteloissa ja tähtikartoissa onkin yleensä tapana ilmoittaa ekvinoktium eli se ajankohta, jolle taivaankappaleen koordinaatit on määritetty.

Prekession keksi 100-luvulla eaa. kreikkalainen tähtitieteilijä Hipparkhos Nikealainen. Mitatessaan lähellä syystasauspistettä sijaitsevan kirkkaan Spica-tähden asemaa, hän huomasi, että tähti oli siirtynyt kaksi astetta länteen 150 vuotta aikaisemmin mitatusta paikasta. Samoin oli hänen havaintojensa mukaan järjestelmällisesti muidenkin tähtien laita. Tuolloin vallalla olleen maakeskisen maailmankuvan mukaan tämän ajateltiin johtuvan taivaan sisäkkäisten pallonkuorten hitaasta liikkeestä toistensa suhteen. Oikean selityksen tälle havainnolle keksi vasta Nikolaus Kopernikus (1473-1543). Nutaatioilmiön (latinaksi nutare, huojua) havaitsi 1748 englantilainen tähtitieteilijä James Bradley (1692-1762).

Kööpenhaminan kaupungintalon kellossa on osoitin, joka on ajastettu tekeään yksi kierros yhtä pitkässä ajassa kuin Maan akseli prekession vuoksi palaa entiseen asentoonsa eli yhdessä platonisessa vuodessa. Tämä on hitain ihmisen tekemä esine, joka liikkuu säädetyllä nopeudella.