Новое исследование показывает, что эта, казалось бы, «маленькая» красная планета может играть гораздо большую роль в долгосрочной эволюции климата Земли, чем ожидалось. Стивен Кейн, профессор планетарной астрофизики в Калифорнийском университете в Риверсайде, посредством численного моделирования обнаружил, что гравитационное влияние Марса на изменения параметров орбиты Земли и наклона оси вращения напрямую влияет на многие ключевые климатические ритмы, включая временную шкалу возникновения и окончания ледниковых периодов.
Марс составляет всего лишь половину диаметра Земли и около одной десятой массы Земли. Ее всегда считали «легкой» планетой. Предыдущие исследования показали, что определенные климатические ритмы, зафиксированные в отложениях морского дна Земли, связаны с гравитационными возмущениями на Марсе. Когда-то эта точка зрения была подвергнута сомнению. Кейн признал, что первоначально он думал, что воздействие Марса было «очень слабым» и его даже трудно четко определить в геологических записях. Это исследование должно было в некоторой степени подтвердить его первоначальные подозрения.
С этой целью исследовательская группа построила долгосрочную динамическую модель Солнечной системы, чтобы моделировать эволюцию формы орбиты Земли и наклона оси вращения с течением времени. Эти медленные, но непрерывные изменения определяют пространственное и временное распределение солнечного света на поверхности и являются физической основой знаменитого «цикла Миланковича». Циклы Миланковича тесно связаны с ледниковыми периодами и управляют сменой теплого и холодного климата в масштабе от десятков тысяч до миллионов лет. Over the past approximately 4.5 billion years, the Earth has experienced at least five major ice ages, the most recent of which began approximately 2.6 million years ago and is still ongoing today.
Исследование показывает, что один из климатических циклов продолжительностью около 430 000 лет, обусловленный, главным образом, гравитационным притяжением Юпитера и Сатурна, сохранился в симуляциях независимо от присутствия Марса. Но когда Марс «убрали» из модели, два других важных ритма — один с циклом около 100 000 лет и один с циклом около 2,3 миллиона лет — исчезли полностью. Если при моделировании масса Марса увеличится, эти два периода сократятся, что указывает на то, что чем больше масса Марса, тем сильнее влияние на орбиту и климат Земли.
Эти долгосрочные циклы влияют на ключевые параметры, такие как эксцентриситет орбиты Земли, время перигелия Земли и изменения наклона ее оси вращения. Они определяют интенсивность солнечной радиации, получаемой на разных широтах в разные сезоны, тем самым влияя на расширение и отступление ледниковых щитов и на более широкие долгосрочные климатические модели. Результаты Кейна показывают, что Марс играет измеримую роль во многих из вышеперечисленных связей и не является «незначительным». Он отметил, что, поскольку Марс вращается дальше и на него относительно слабо влияет гравитация Солнца, его гравитационное возмущение на Земле более «заметно» и, можно сказать, «влияет за пределы его размера».
Еще более удивительным является то, что изменения массы Марса также меняют скорость изменения наклона оси вращения Земли. Текущий наклон оси вращения Земли относительно плоскости ее орбиты составляет около 23,5 градусов, и этот угол медленно меняется в течение длительного времени. Моделирование показывает, что когда масса Марса увеличивается, скорость изменения наклона Земли уменьшается, подобно «добавлению стабилизатора» к оси Земли. Исследовательская группа считает, что это означает, что Марс не только нарушает форму орбиты, но и в определенной степени обеспечивает дополнительный стабилизирующий фактор для направления вращения Земли.
Данная исследовательская работа была опубликована в «Публикациях Астрономического Общества Тихого океана» (Publications of the Astronomical Society of the Pacific) под названием «Зависимость земных циклов Миланковича от марсианской массы». В статье не только количественно оценивается конкретный вклад Марса в эволюцию земной орбиты, но и намекается на более широкое значение экзопланетологии: в других звездных системах «экзопланеты» с низкой массой, расположенные за пределами обитаемой зоны, также могут незаметно формировать климатическую стабильность планеты земного типа.
Кейн сказал, что, когда астрономы обнаруживают планету, похожую на Землю, в обитаемой зоне вокруг других звезд, они не могут просто сосредоточиться на самой планете. Наличие на ее внешней орбите астероидов, подобных Марсу, напрямую повлияет на орбитальный ритм и стабильность вращения этой похожей на Землю планеты, тем самым влияя на то, пригодна ли ее климатическая среда для долгосрочного существования жизни.
Исследования не могут не привести к появлению «альтернативных гипотез» об истории Земли. Ледниковые периоды много раз переписывали экологические закономерности в геологической истории, сокращая леса и расширяя луга, а также вызывая ряд ключевых эволюционных изменений, включая прямохождение, использование инструментов и социальное сотрудничество. Без Марса на орбите Земли не было бы нескольких важных климатических циклов. Будут ли эволюционные пути людей и других видов совершенно разными и даже «будем ли мы по-прежнему существовать такими, какие мы есть сейчас?» стали открытыми вопросами, которые стоит задать.