Марс – дирижер земного климата: как он влияет на ледниковые периоды

Марс, уступающий Земле вдвое по размеру и в десять раз по массе, кажется планетарным «легковесом». Однако новое исследование показывает, насколько сильно Красная планета воздействует на орбиту Земли, формируя долгосрочные климатические закономерности, включая наступление и окончание ледниковых периодов.

Инициатор исследования, профессор планетарной астрофизики Стивен Кейн из Калифорнийского университета в Риверсайде, изначально скептически относился к теориям, связывающим древний климат Земли с гравитационным влиянием Марса. Эти теории предполагали, что слои отложений на дне океана отражают климатические циклы, на которые, несмотря на огромное расстояние и малый размер, влияет Красная планета. «Я знал, что Марс оказывает некоторое влияние на Землю, но предполагал, что оно незначительно, – признается Кейн. – Мне казалось, его гравитационное воздействие слишком мало, чтобы его можно было легко заметить в геологической истории Земли. Я решил проверить собственные предположения».

Для этого ученый провел компьютерное моделирование поведения Солнечной системы и долгосрочных изменений орбиты и наклона оси Земли, которые определяют количество солнечного света, достигающего поверхности планеты на протяжении десятков тысяч и миллионов лет. Эти циклические изменения, известные как циклы Миланковича, играют ключевую роль в понимании того, когда начинаются и заканчиваются ледниковые периоды – длительные эпохи, когда на полюсах планеты существуют постоянные ледяные шапки. За свою 4,5-миллиардную историю Земля пережила как минимум пять крупных оледенений, последнее из которых началось около 2,6 миллиона лет назад и продолжается до сих пор.

Один из циклов Миланковича длится 430 тысяч лет и определяется в основном гравитационным притяжением Венеры и Юпитера. В течение этого периода орбита Земли постепенно меняется от почти круговой до более вытянутой и обратно, что влияет на количество получаемой солнечной энергии и, соответственно, на наступление или отступление ледников. Этот цикл оставался неизменным в симуляциях Кейна. Однако когда из моделирования убирали Марс, два других важнейших цикла – один продолжительностью 100 тысяч лет, а другой – 2,3 миллиона лет – полностью исчезали. «Когда вы убираете Марс, эти циклы исчезают, – объясняет Кейн. – А если увеличить массу Марса, они становятся все короче и короче, потому что влияние Марса усиливается».

Эти циклы влияют на эксцентриситет (насколько орбита Земли вытянута), время максимального сближения с Солнцем и наклон оси вращения. Все это определяет, сколько солнечного света получают разные части планеты, что, в свою очередь, сказывается на ледниковых циклах и долгосрочных климатических моделях. Результаты Кейна показывают, что Марс играет измеримую роль в этих процессах. «Чем ближе планета к Солнцу, тем сильнее на нее влияет его гравитация. Поскольку Марс находится дальше от Солнца, он оказывает на Землю большее гравитационное влияние, чем если бы был ближе. Он, можно сказать, выступает не в своей весовой категории», – отмечает ученый.

Одним из самых неожиданных открытий стало то, как масса Марса влияет на скорость изменения наклона земной оси, который сейчас составляет около 23,5 градуса и со временем незначительно колеблется. «По мере увеличения массы Марса в наших симуляциях скорость изменения наклона оси Земли снижалась, – говорит Кейн. – Таким образом, увеличение массы Марса оказывает своего рода стабилизирующее воздействие на наклон нашей планеты».

Статья, опубликованная в Publications of the Astronomical Society of the Pacific, не только количественно оценивает влияние Марса на орбиту Земли, но и указывает на более широкие выводы. Моделирование Кейна предполагает, что даже небольшие внешние планеты в других солнечных системах могут незаметно влиять на стабильность миров, потенциально пригодных для жизни. «Когда я изучаю другие планетные системы и нахожу планету размером с Землю в обитаемой зоне, я понимаю, что более удаленные планеты в этой системе могут влиять на климат этой землеподобной планеты», – рассуждает Кейн.

Результаты также поднимают вопросы о том, как могла бы развиваться жизнь на Земле. Ледниковые периоды приводили к сокращению лесов и расширению лугов, что стимулировало ключевые эволюционные изменения, такие как прямохождение, использование орудий труда и социальное взаимодействие. «Без Марса в орбите Земли отсутствовали бы важные климатические циклы, – добавляет Кейн. – Как бы вообще выглядели люди и другие животные, если бы Марса не было?»