Bewegingen

Schijnbare dagelijkse beweging

Ten gevolge van de rotatie van de aardbol om haar as van west naar oost, lijkt de hele hemelbol rondom ons te wentelen, van oost naar west. De periode van deze rotatie bedraagt op onze horloges gemeten ongeveer 23h56m04.09s. We noemen deze periode ook een sterrendag. Het is makkelijk in te zien dat ten gevolge van deze rotatie de posities van de hemelpolen en van de hemelevenaar niet wijzigen. Alle hemellichamen zullen in de loop van een sterrendag een cirkel beschrijven omheen de hemelpolen, of, anders uitgedrukt, evenwijdig met de hemelevenaar.

Hemellichamen die zich op minder dan de geografische breedte φ van de hemelnoordpool bevinden, beschrijven die cirkel volledig boven de horizon en zijn dus (daglicht en bewolking even vergetend) steeds zichtbaar. Dergelijke hemellichamen noemt men circumpolair. Hemellichamen die zich meer dan 90°-φ ten zuiden van de hemelevenaar bevinden, beschrijven hun schijnbare dagelijkse beweging volledig onder de horizon en zijn dus voor ons nooit zichtbaar. Alle andere hemellichamen gaan op en onder (zoals de zon dat doet).

Stersporen rond de noordelijke hemelpool: de fotograaf belichtte gedurende uren, zodat de sterren op de foto door hun beweging om de hemelpool lange sporen achterlieten.

Het korte streepje in het midden is het spoor van de poolster.

De dagelijkse beweging is belangrijk voor onze tijdrekening. Ze ligt met name aan de basis van onze definitie van de dag, en de daarvan afgeleide uur, minuut en seconde.

Schijnbare jaarlijkse beweging

De aarde draait in een jaar tijd (ongeveer 365.25 dagen) éénmaal om de zon. Het baanvlak van de aarde noemt men het eclipticavlak. De grootcirkel die de doorsnede is van het eclipticavlak met de hemelkoepel heet de ecliptica. De punten op 90° van de ecliptica noemt men wel eens de (noordelijke en zuidelijke) eclipticapool. Omdat de aardas niet loodrecht staat op het eclipticavlak, maar met de verticaal op het eclipticavlak een hoek maakt van ongeveer 23.5°, staat ook de eclipticanoordpool op 23.5° van de hemelnoordpool en maken de ecliptica en de hemelevenaar met elkaar een hoek van 23.5°.

Vanuit onze waarnemingspositie zien we de zon uiteraard steeds op de ecliptica. Zij lijkt in één jaar tijd op deze ecliptica een volledige omloop rondom ons te beschrijven: de schijnbare jaarlijkse beweging van de zon. Dit gebeurt tegen de dagelijkse beweging in.

Lentepunt en seizoenen

Lentepunt

Zoals elk paar grootcirkels op een bol, snijden hemelevenaar en ecliptica elkaar in twee punten. De zon, die op de ecliptica beweegt, passeert eenmaal per jaar door elk van die twee punten. Het punt waardoor de zon overgaat van het zuidelijk naar het noordelijk halfrond, noemen we het lentepunt. Het lentepunt ligt dus niet alleen op de hemelevenaar, maar ook op de ecliptica. Per definitie begint de lente wanneer (het middelpunt van) de zonneschijf door het lentepunt passeert.

Het lentepunt bevindt zich in het sterrenbeeld Vissen. Het wordt gebruikt als referentiepunt voor equatorcoördinaten en ecliptische coördinaten. Ten gevolge van de precessie verplaatst het lentepunt zich echter heel langzaam aan de hemelbol, waardoor bovengenoemde coördinatenstelsels heel lichtjes verschuiven met de tijd.

Begin van de seizoenen

Het andere snijpunt tussen de equator en de ecliptica heet logischerwijs het herfstpunt, en als daar de zon doortrekt, begint de herfst. Bij het begin van deze seizoenen, bedraagt de declinatie van de zon 0°.

Omdat de ecliptica een hoek maakt van 23.5° met de hemelevenaar, bedraagt de declinatie van de zon maximaal 23.5°. Dit punt wordt bereikt halverwege lentepunt en herfstpunt en heet zomerpunt. Om dezelfde reden bedraagt de declinatie van de zon minimaal -23.5°. Dit punt wordt bereikt halverwege herfstpunt en lentepunt en heet winterpunt. Zomer en winter beginnen wanneer de zon respectievelijk door zomerpunt en winterpunt trekt.

De omloopstijd van de aarde kan op verschillende manieren worden gemeten:

• Siderisch jaar: Een siderische periode wordt steeds gemeten ten opzichte van de sterrenachtergrond. Voor de aarde bedraagt de siderische omloopstijd, siderisch jaar genoemd, ongeveer 365.26 dagen.
• Tropisch jaar: Een tropische periode wordt steeds gemeten ten opzichte van het lentepunt. De tropische omloopstijd van de aarde, tropisch jaar genoemd, bedraagt 365.24 dagen. Het ligt aan de basis van ons kalenderjaar, en is iets korter dan het siderisch jaar door de teruglopende beweging van het lentepunt ten gevolge van de luni-solaire precessie.
• Anomalistisch jaar: Een anomalistische periode wordt steeds gemeten ten opzichte van de apsiden. De apsidenlijn van de aarde verschuift langzaam ten gevolge van alle storingen die op de aardbaan inwerken. Het bedraagt net zoals het siderisch jaar ongeveer 365.26 dagen, maar is toch net iets langer door de voorwaartse beweging van de apsidenlijn ten gevolge de planetaire precessie.

Precessie

We vermelden hier naast de dagelijkse en jaarlijkse beweging nog een derde beweging met een weliswaar veel grotere periode, namelijk de precessie.

De schuine stand van de aardas, zowel ten opzichte van de maanbaan (die een hoek maakt van ongeveer 5° met het eclipticavlak) als ten opzichte van de aardbaan (23.5°), heeft voor gevolg dat de aantrekkingskracht van de maan (en ook in zekere mate de zon) de aarde een langzame tolbeweging laten maken rond de verticaal op het eclipticavlak. De periode van deze tolbeweging, de precessie genaamd, bedraagt 25 770 jaar. Als gevolg hiervan zal de hemelnoordpool een cirkelvormige baan rond de eclipticanoordpool beschrijven met dezelfde periode. Omdat de positie van de hemelnoordpool de positie van de hemelevenaar volledig bepaalt, doet deze laatste ook mee aan de precessiebeweging, en bijgevolg ook het lentepunt, het snijpunt van hemelevenaar en ecliptica. Het lentepunt verplaatst zich iets meer dan 50" per jaar (360°/25770).

Rechte klimming en declinatie zijn dus niet helemaal "vast". Daarom wordt bij deze coördinaten steeds de epoche aangegeven, d.w.z. het tijdstip waarop ze betrekking hebben, bijvoorbeeld J1950 of J2000 (wat telkens staat voor het begin van de betreffende jaren).

Ten gevolge van de wenteling van de hemelnoordpool om de eclipticanoordpool, blijft de Poolster haar huidige rol niet eeuwig behouden. Binnen 12 000 jaar, bijvoorbeeld, zal hiervoor eerder de ster Wega van het sterrenbeeld de Lier in aanmerking komen. Hierdoor zal overigens de aanblik van de gehele sterrenhemel veranderen: de Grote Beer zal niet circumpolair blijven, en het Zuiderkruis, nu voor ons onzichtbaar, zal zich ooit wel aan onze nakomelingen vertonen.

Volledigheidshalve moeten we nog vermelden dat de hemelnoordpool geen mooie cirkel omheen de eclipticanoordpool beschrijft, maar eerder een golflijn. Deze golving, in hoofdzaak veroorzaakt doordat de maan niet precies in het eclipticavlak rond de aarde draait, heeft een amplitude van 9.2" en een periode van 18.6 jaar en wordt nutatie genoemd.

Tenslotte vermelden we nog de zogenaamde poolbeweging, een kleine en onvoorspelbare afwijking in de positie van de hemelnoordpool die het gevolg is van het niet precies samenvallen van de rotatie-as van de aarde met haar symmetrie-as. De afwijking van de werkelijk gemeten pool en de berekende pool bedraagt minder dan 0.3".