За да ѝ е комфортно, Земята не може без Юпитер

Гравитацията на планетата гигант може да играе стабилизираща роля в поддържането на сегашните параметри на земната орбита.

Екип австралийски учени начело с Елиът Кох от университета на Нов Южен Уелс си задали следния въпрос: как можем да откроим екзопланети с например земни размери, които си струва да изучаваме, от редица не толкова обещаващи кандидати?

Отговорът се оказал необичаен. За да е комфортна Земята за живот, на нея ѝ е необходим Юпитер. Идеята на австралийците се базира на концепцията на циклите на Миланкович – теория, разработена в периода на Първата световна война и описваща ситуацията със земния климат като производна от астрономически процеси, протичащи с планетата – в частност от изменението на наклона на нейната ос и ексцентрицитет, тоест присъщото на орбитата на Земята периодично нарастване и намаляване на нейната разтегнатост.

Към самата концепция на Миланкович има няколко въпроса, които до известна степен ограничават нейните прогностични възможности. Според този модел колебанията на ексцентрицитета (тоест увеличаването на максималното отдалечаване и максималното приближаване на Земята към Слънцето през годината) оказва умерено влияние на земния климат – по-малко, отколкото изменението на наклона на оста на въртене на планетата.

В същото време климатичният летопис от последния милион години (подборни данни за по-ранни периоди липсват) свидетелства, че именно колебанията на земната орбита около Слънцето се съпровождат със силни трансформации на земния климат. Австралийските учени основно се опират именно на този аспект, тоест на сто хиляди годишните колебания, предизвикани от изменения на ексцентрицитета, без обяснение как именно се съотнасят те с концепцията на Миланкович като цяло.

Използвайки данните за колебанията на температурите по време на цикъла, те стигат до извода, че колебанията на неправилността на земната орбита се уравновесяват от гравитацията на Юпитер – най-масивната планета в нашата система, която по маса превишава всички останали планетни тела, взети заедно.

За да проверят как именно измененията в орбитата на Юпитер биха могли да повлияят на системата, авторите проиграли почти 40 000 симулации на развитието на събитията във виртуални Слънчеви системи, където Юпитер е преместен от своите 5,2 а.е. от Слънцето на 6,2 и 4,2 а.е. при различна степен на ексцентрицитет на неговата орбита.

Изяснило се, че не само измененията на ексцентрицитета на Земята (които де факто най-силно влияят на нейния климат), но дори и ъгълът на наклона на нейната ос на въртене, от който зависят сезонните колебания на температурите, е склонен да се променя под действието на гиганта. При това не плавно – когато по-силни промени в параметрите на орбитата на Юпитер съответстват на по-силни изменения в орбитата и климата на Земята, – а напротив, „стъпковидно“ – по-слаби отклонения могат да предизвикат по-силни колебания на ситуацията със Земята, след което нейната орбита се стабилизира, а по-нататъшното нарастване на измененията в параметрите на Юпитер с времето рязко променя и ситуацията със Земята. И така нататък.

За редица ситуации авторите получават, че колебанията на орбитата на Юпитер водят до по-разтеглена орбита на Земята, отколкото на Меркурий, с ексцентрицитет, превишаващ 0,21. Както подчертават учените, в такъв случай в перихелия приближаването на нашата планета към Слънцето би било по-силно, отколкото на Венера. В афелия ние бихме се отдалечили от светилото повече от Марс.

От това се прави извод, че планетата гигант може да дестабилизира климата на обитаемия свят до такава степен, че годността му за живот значително да намалее, а при търсенето на екзопланети си струва да обръщаме особено внимание на съпоставянето на параметрите на земеподобните планети с газовите гиганти от тези системи. Без анализ на тяхното взаимно влияние е трудно да се каже колко пригодна е за живот една или друга планета, заключават учените.

© Peter Scheirich

Моделът на австралийските изследователи обаче се нуждае от доработка, тъй като в редица случаи преместването на орбитата на Юпитер в симулациите довело до загубата на една планета от Слънчевата система за незначително време (по-малко от 1 млн. г.), което усложнява изчисленията при престрояването на орбитите на всички участници в системата.

Друг момент, който силно затруднява нашето разбиране за ролята на цикъла на Миланкович в историята на земния климат, е това, че ако съдим по геоложките данни през голяма част от земната история, застудявания, които се смятат за последствия от споменатия цикъл и толкова характерни за последните милион години, нямаше да има въобще.

Освен това на планетата често по няколко десетки милиони години не е имало постоянни полярни шапки, което затруднява ясното отъждествяване на колебанията на земния ексцентрицитет с резките изменения на климата, които в миналото на Земята са се случвали, изглежда, по-рядко, отколкото в последните милион години.

Изследването е публикувано в arXiv.