Se a Terra está inclinada, por que o Polaris está sempre acima do mesmo local?

Por que Polaris, a Estrela do Norte, está sempre acima (ou próximo) do Pólo Norte? Se a Terra estiver inclinada, o caminho de Polaris deve estar no inverno a 23 graus do verão, ou não?

Você está certo de que o eixo de rotação da Terra é inclinado em relação ao plano de sua órbita em 23 graus. Mas é incorreto que a direção apontada pelo eixo mude em grande quantidade (deve ser de 2 a 23 graus) ao longo de um período de 6 meses.

Sua suposição : se o eixo apontou para Polaris em (1), deve ser apontado para uma estrela diferente em (2).

O eixo permanece apontado na mesma direção durante todo o ano, porque as leis da física são que o eixo de um objeto giratório permanece apontado na mesma direção, a menos que um torque atue no corpo para mudar sua orientação. Existem torques atuando na Terra (ou seja, Sol e Lua), mas são necessários 13000 anos para mudar a direção de "um caminho para o caminho oposto", e não 6 meses.

Correto : A orientação do eixo de rotação da Terra permanece apontada para a mesma estrela ao longo do ano (ignorando o lento ciclo de precessão de 26.000 anos).

Você pode ouvir sobre algo chamado esfera celeste . Enquanto agora sabemos que a Terra está girando em seu eixo, para os povos antigos parecia que as estrelas estavam girando ao nosso redor (e elas estão de acordo com nosso próprio quadro de referência). Esse globo rotativo de estrelas pode ser mapeado em um globo da mesma maneira que podemos mapear a terra e a água da Terra.

Existem algumas razões pelas quais Polaris é sempre visto na mesma posição nesta esfera celeste.

1. À medida que o globo da Terra e a esfera celeste giram em relação um ao outro, eles compartilham um eixo. Este centro de rotação não se move.
2. Enquanto alguns planetas (como Marte) giram em um eixo que está oscilando em relação à eclíptica , a Terra tem um eixo estável, graças à nossa grande lua . Este eixo sempre aponta na mesma direção e, portanto, está sempre alinhado com as mesmas estrelas em nossa galáxia.
3. As estrelas em nossa galáxia estão orbitando o centro galáctico muito lentamente de nossa perspectiva, de modo que a civilização humana não teria observado nenhuma mudança significativa nas posições das estrelas ao longo de sua vida.
4. Durante a órbita da Terra ao redor do Sol, sua própria mudança de posição é tão leve em relação à escala galáctica que não se pode esperar nenhuma paralaxe estelar significativa .

Chute (ou atire) uma bola de futebol de rugby / AFL (um esferóide prolato) para que gire rapidamente (em torno de seu eixo longo) ao mesmo tempo em que atravessa um arco (caindo sob a gravidade). Você deve observar que o eixo de rotação é transportado paralelamente (pelo menos se a perturbação pela resistência do ar for fraca o suficiente para negligenciar).

A terra está girando. Para mudar a direção em que gira (em relação à estrutura inercial de estrelas distantes), seria necessário aplicar algum torque à terra. A gravidade do sol não aplica torque a um planeta esférico (devido às simetrias das forças newtonianas aplicadas).

Como a Terra não é uma esfera perfeita (por exemplo, é ligeiramente oblata), há um pequeno torque aplicado pelo gradiente do campo gravitacional do sol; assim, ao longo de milênios, o eixo norte do planeta gradualmente precessa para apontar para diferentes constelações.