Mikä on napapiiri

Napapiirit ovat maapallon pohjois- ja eteläosissa sijaitsevat kaksi leveyspiiriä, joiden kulmaetäisyys navoista on sama kuin Maan pyörimisakselin kaltevuus Maan ratatasoon nähden. Sen seurauksena napapiirien ja napojen välillä on teoriassa aikoja, jolloin auringon keskipiste pysyy koko vuorokauden ajan horisontin ylä- tai alapuolella, mistä seuraavat kaamos ja yötön yö.

Maan pohjoisen napapiirin sijainti on noin 66,5° pohjoista leveyttä ja eteläisen napapiirin 66,5° eteläistä leveyttä.

Ruosinkielinen selvitys napapiiristä on esitetty dokumentissa https://www.lantmateriet.se/globalassets/kartor-och-geografisk-information/gps-och-matning/geodesi/fragor_och_svar/polcirkeln.pdf

Napapiiri ei kuitenkaan pysy paikoillaan, vaan liikkuu maan akselikaltevuuden ja nutaation vaikutuksesta.

Akselin kaltevuus

Akselin kaltevuus (akselikallistuma) on taivaankappaleen (yleensä planeetan) pyörimisakselin kaltevuus taivaankappaleen ratatason kohtisuoraa (tai radan kohtisuoraa tai kiertoradan akselia) vastaan. Yleensä planeettojen pyörimisakselit ovat lähes pystyssä eli kohtisuorassa ratatasoonsa nähden. Maan akselin kaltevuus on noin 23,5° ja sen ansiosta meillä on vuodenajat ja kautta maapallon tasaisemmat elinolosuhteet.

Maan akselin kaltevuus on selvitetty tarkemmin sivuilla https://www.neoprogrammics.com/obliquity_of_the_ecliptic/. 

  Sieltä voi myös tarkistaa akselin kaltevuuden ja nutaation päiväkohtaiset arvot.

Maan prekessio

Maan akseli kiertää hyrrän akselin tavoin ympyrämäistä liikettä 25 725 vuoden jaksossa, joka tunnetaan nimellä platoninen vuosi. Prekession vuoksi maan akseli ei aina osoita samaan kohtaan taivaanpallolla eli taivaannavat liikkuvat suhteessa tähtiin. Nykyään Maan akselin pohjoispää osoittaa hyvin lähelle Pohjantähteä, joka siis on lähellä pohjoista taivaannapaa mutta vuoden 14000 aikoihin taivaannapa on lähellä Lyyran tähdistön päätähteä, Vegaa.

Pienempää maan akselin vaappumista nimitetään nutaatioksi.

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 noin 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. Koska kevättasauspiste siirtyy, sideerinen vuosi on hieman pidempi kuin trooppinen vuosi.

Prekessio johtuu siitä, että Aurinko ja Kuu pyrkivät vetovoimillaan kääntämään litistyneen maapallon ekvaattoria ekliptikatason eli ratatason suuntaiseksi. Maan pyörimisliikkeen vuoksi vaikutuksena kuitenkin on, että kaltevuuskulma pysyy vakiona, mutta akselin suunta kiertyy.

Maapallon nutaatio

Kun maan prekessioliikkeen täysi kierros kestää noin 26 000 vuotta, nutaation pääjakson kesto on noin 18,6 vuotta. Kuun ratataso on kallellaan ekliptikaan nähden, ja siitä aiheutuu prekessiota 18,6 vuoden jaksoissa. Tämä heijastuu suoraan maapallon nutaatioon vastaavana jaksona. Muutokset ovat suuruudeltaan muutamia kymmeniä kaarisekunteja. Koska planeettojen liikeradat tiedetään hyvin, nutaatio voidaan laskea kaarisekuntien tarkkuudella vuosikymmeniksi.

Nutaation laskennasta on tehty selkoa artikkelissa https://www.neoprogrammics.com/obliquity_of_the_ecliptic/laskar_paper/

Napavariaatio

Maalla on kuitenkin napavariaatioksi kutsuttu häiriö, jota voidaan ennustaa vain kuukausia eteenpäin. Napavariaatio, navan sijainnin liikkuminen pienellä alueella, johtuu merivirroista, sääjärjestelmistä ja maan sulan ytimen liikkeistä. Edes maan akseli ei ole kiinteä käsite. Napojen sijainti vaeltaa ympyrän kaltaista rataa. Syynä liikkeeseen ovat maan sisäisen sulan aineen liikkeet ja maan pinnalla tapahtuvat massojen siirrot, kuten merivirrat ja ilmavirtaukset. Earth orientation center rekisteröi muun muassa pohjoisnavan liikkeitä. Napa piirtää ympyrää, jonka halkaisija on 10–15 metrin luokkaa. Yksikkö mas (milliarc-second), millikaarisekunti vastaa noin 3,1 senttimetriä maan pinnalla.

Tällä sivustolla esitetyissä napapiirin sijainneissa ei napavariaatiota ole toistaiseksi huomioitu.

Kuluvan päivän pohjoisnavan sijainnin voi tarkistaa sivulta https://hpiers.obspm.fr/eop-pc/.