Kto rządzi zlodowaceniami? Odpowiedź może nadejść z kosmosu

Ziemski klimat nie zmienia się wyłącznie pod wpływem procesów zachodzących w atmosferze czy oceanach. W długiej skali czasu ogromne znaczenie mają także subtelne zmiany orbity i nachylenia osi obrotu planety, znane jako cykle Milankovicia. To one regulują m.in. tempo nadejścia epok lodowych i ich intensywność.

Nowe badanie sugeruje, że w tym kosmicznym mechanizmie ważniejszą rolę, niż dotąd sądzono, odgrywa… Mars.

Zespół kierowany przez Stephena Kane’a z University of California w Riverside przeprowadził serię symulacji komputerowych, w których zmieniano masę Marsa: od całkowitego usunięcia planety z Układu Słonecznego po wariant, w którym była ona nawet 100 razy cięższa niż w rzeczywistości.

„Podchodziłem do tego bardzo sceptycznie” – przyznaje Kane. „Trudno było mi uwierzyć, że planeta mająca zaledwie jedną dziesiątą masy Ziemi może tak silnie wpływać na jej cykle orbitalne. Właśnie dlatego postanowiliśmy sprawdzić, co się stanie, gdy 'pokręcimy gałką’ odpowiadającą za masę Marsa„.

Symulacje pokazały, że obecność Marsa ma kluczowe znaczenie dla tzw. wielkiego cyklu ekscentryczności orbity Ziemi, trwającego około 2,4 mln lat. Cykl ten opisuje, jak bardzo ziemska orbita wokół Słońca staje się bardziej lub mniej wydłużona, co przekłada się na ilość energii słonecznej docierającej do planety.

Gdy Mars został całkowicie usunięty z modelu, wielki cykl zniknął. Razem z nim zanikł także inny ważny rytm zmian ekscentryczności, trwający około 100 tys. lat, który silnie wiąże się z rytmem epok lodowych.

„Nie chodzi o to, że bez Marsa Ziemia nie miałaby zlodowaceń” – podkreśla Kane. „Zmieniłby się jednak cały krajobraz częstotliwości, z jaką występują epoki lodowe i powiązane z nimi zmiany klimatu”.

Z kolei zwiększenie masy Marsa w symulacjach prowadziło do skrócenia i wzmocnienia tych cykli. Jeden z rytmów, trwający około 405 tys. lat i kontrolowany głównie przez oddziaływania Wenus i Jowisza, pozostawał jednak stabilny niezależnie od masy Marsa. To pokazuje, że Czerwona Planeta nie „rządzi” klimatem Ziemi, ale jej wpływ jest większy, niż wcześniej przypuszczano.

Badacze zauważyli również subtelny wpływ Marsa na zmiany nachylenia osi obrotu Ziemi. W normalnych warunkach oś Ziemi „chwieje się” w cyklu trwającym około 41 tys. lat, co wpływa na pogodowe kontrasty między porami roku. Obecność Marsa działa tu stabilizująco: gdy w symulacjach zwiększano jego masę, cykl ten wydłużał się, a gdy Mars stawał się lżejszy, następował częściej.To kolejny przykład tego, jak nawet niewielkie grawitacyjne „popychanie” może mieć długofalowe skutki dla klimatu.

Wyniki badania mają znaczenie nie tylko dla zrozumienia historii klimatu Ziemi. Mogą też wpłynąć na sposób oceny zdatności do zamieszkania planet krążących wokół innych gwiazd. „Aby realnie ocenić możliwe wahania klimatu na planetach podobnych do Ziemi, musimy bardzo dobrze znać architekturę całych układów planetarnych” – mówi Sean Raymond z University of Bordeaux.

Jak dodaje Kane, to raczej ostrzeżenie niż gotowa odpowiedź. „Nie możemy ignorować mniejszych planet tylko dlatego, że trudniej je wykryć. Przykład Marsa pokazuje, że takie ciała mogą mieć znacznie większy wpływ, niż się spodziewaliśmy”.

Badanie opublikowane w Publications of the Astronomical Society of the Pacific wpisuje się w rosnące przekonanie, że klimat planet to nie tylko kwestia ich atmosfery, lecz także delikatnej równowagi grawitacyjnej w całym układzie.