Was definiert das Bezugssystem zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit der Erde um die Sonne?

Wenn Sie sich in einem fensterlosen Raumschiff befinden und kleine Triebwerke haben, die Sie positionieren können, um eine Winkelbeschleunigung auf das Fahrzeug auszuüben, können Sie Ihre Winkelgeschwindigkeit nach und nach ändern und sehen, wie verschiedene Experimente herauskommen. Sie könnten zwei Massen mit jedem Ende einer Feder verbinden und dann sehen, wie die Gleichgewichtslänge der Feder in verschiedenen Ausrichtungen ist (ruhende Massen im Raumschiff). Sie würden eine Ausrichtung finden, in der die Gleichgewichtslänge am kürzesten war. Das ist die Rotationsachse. Mit Ihren Triebwerken wenden Sie ein gewisses Drehmoment um diese Achse an. Wenn Sie feststellen, dass die Feder danach stärker gedehnt ist, wenden Sie etwas Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung an. Nach einigen Iterationen erreichen Sie einen Zustand, in dem die Länge der Feder unabhängig von der Ausrichtung gleich ist. Jetzt befinden Sie sich in einem Trägheitsbezugssystem,

Kurz gesagt, eine Möglichkeit, einen Trägheitsreferenzrahmen zu definieren, besteht darin, zu sagen, dass es sich um einen Rahmen handelt, in dem die Gesetze der Mechanik ohne Fummelei angewendet werden können, indem fiktive Kräfte hinzugefügt werden.

Die Frage, ob der Rahmen, den Sie durch den gerade beschriebenen Prozess finden, in irgendeiner Weise von den Fixsternen abhängt oder nicht, ist schwer definitiv zu beantworten und hat meiner Meinung nach mehr damit zu tun, wie wir über Dinge denken, als damit das Ergebnis eines Experiments zu bestimmen. Wir können zum Beispiel nicht das Experiment durchführen, das gesamte Universum in Rotation zu versetzen, um zu prüfen, ob relativ zu den Sternen fixierte Rahmen immer noch träge sind. Wenn wir es irgendwie könnten, und wir taten es, und wir würden feststellen, dass solche Rahmen immer noch träge sind, woher würden wir dann wissen, dass wir tatsächlich das Universum gedreht haben? Wie können wir die Rotationsgeschwindigkeit messen?

Nun, wir wollen im Allgemeinen, dass unser Referenzrahmen ein Trägheitsrahmen ist. Und einer, der der Erde folgt, die sich um die Sonne dreht, ist keiner. Also ja, die Dinge sehen in diesem nicht-trägen Rahmen unkonventionell aus. Im nicht-leeren Universum verwenden wir die Sterne als Referenz, da die Bewegung in Bezug auf sie so langsam ist, dass sie über ein menschliches Leben hinweg vernachlässigbar ist.

Die Wahl der z-Achse scheint ziemlich offensichtlich: Sie sollte senkrecht zur Ebene der Erdumlaufbahn (auch bekannt als Ekliptikebene) sein. Sie denken dann vielleicht, dass die Auswahl einer x-Achse willkürlich ist, aber das ist es nicht . Da die Rotationsachse der Erde geneigt ist (um 23,4 Grad), gibt es eine bevorzugte Wahl, die als Frühlingslinie bezeichnet wird . Es ist die Linie, die von der Ekliptikebene und der Äquatorialebene der Erde geschaffen wird (erinnern Sie sich an Ihre Highschool-Geometrie: Eine Linie entsteht, wenn sich zwei Ebenen schneiden). Diese Frühlingslinie richtet sich zweimal im Jahr nach der Sonne aus: einmal zu den Frühlings- und Herbstäquinoktien. Es liegt nahe, eine x-Achse zu wählen, die mit dem Frühlingsäquinoktium ausgerichtet ist, da dies die Koordinatentransformationen erleichtert.

Die meisten Astronomen verwenden diese Art von Koordinatensystem, das auf die Frühlingslinie und die Ekliptikebene ausgerichtet ist. Wenn Sie nicht daran interessiert sind, wo sich die Erde befindet, z. B. bei einer Weltraummission zum Mars oder Jupiter, wird normalerweise ein entfernter Stern verwendet, um eine x-Achse zu definieren, und die z-Achse wird als Ekliptikebene beibehalten.