Как Юпитер влияет на земную жизнь

Как Юпитер влияет на земную жизнь

Группа австралийских исследователей во главе с Эллиотом Кохом (Elliot Koch) из Университета Нового Южного Уэльса задалась таким вопросом: как именно мы можем выделить экзопланеты примерно земных размеров, которые стоит изучать, из ряда не столь многообещающих кандидатов?

Для поддержания не слишком вытянутой орбиты и комфортного климата «экзоземлям» нужны свои «юпитеры». (Иллюстрация Peter Scheirich).

Ответ получился необычный: для того чтобы Земля была комфортной для жизни, ей нужен Юпитер. Идея австралийцев базируется на концепции циклов Миланковича — теории, разработанной в период Первой мировой войны и описывающей ситуацию с земным климатом как производную от астрономических процессов, происходящих с планетой, — в частности от изменения наклона её оси и эксцентриситета, то есть свойственного орбите Земли периодического возрастания и уменьшения её вытянутости.

Правда, к самой концепции Миланковича есть несколько вопросов, что до некоторой степени ограничивает её прогностические возможности. Так, по этой модели, колебания эксцентриситета (то есть увеличение максимального удаления и максимального приближения земли к Солнцу на протяжении года) оказывают умеренное влияние на земной климат — меньшее, чем изменение наклона оси вращения планеты. В то же время климатическая летопись последнего миллиона лет (подробные данные о более раннем периоде отсутствуют) свидетельствует, что именно колебания орбиты Земли вокруг Солнца сопровождаются сильнейшими перестройками земного климата. Австралийцы же в основном упирают именно на этот аспект, то есть на 100 000-летние колебания, вызванные изменениями эксцентриситета, без объяснения того, как именно они соотносятся с концепцией Миланковича в целом.

Используя данные по колебаниям температуры во время цикла, они приходят к выводу, что колебания неправильности земной орбиты умеряются гравитацией Юпитера — самой массивной планеты нашей системы, по весу превышающей все остальные планетные тела вместе взятые.

Чтобы проверить, как именно изменения в орбите Юпитера могли бы повлиять на систему, авторы прогнали почти 40 тыс. симуляций развития событий в виртуальных Солнечных системах, где Юпитер перенесён со своих 5,2 а. е. от Солнца на 6,2 и 4,2 а. е. при различной степени эксцентриситета его орбиты. Выяснилось, что не только изменения эксцентриситета Земли (де-факто сильнее всего влияющие на её климат), но и даже угол наклона её оси вращения, от которого зависят сезонные колебания температур, склонен меняться под действием гиганта. Причём не плавно, когда более сильным переменам в параметрах орбиты Юпитера соответствуют более сильные изменения в орбите и климате Земли, а, напротив, «ступенчато»: более слабые отклонения могут вызвать более сильные колебания ситуации с Землёй, после чего её орбита стабилизируется, а дальнейшее наращивание изменений в параметрах Юпитера со временем скачком меняет и ситуацию с Землёй, и так далее.

Тем не менее для ряда ситуаций у авторов получается, что колебания орбиты Юпитера приводят к обретению Землёй орбиты, более вытянутой, чем у Меркурия, с эксцентриситетом, превышающим 0,21. Как подчёркивают учёные, в таком случае в перигелии приближение нашей планеты к Солнцу было бы сильнее, чем у Венеры. А в афелии мы отдалились бы от светила больше, чем Марс. Из этого делается вывод о том, что планета-гигант может дестабилизировать климат на обитаемом мире до такой степени, что его жизнепригодность значительно снизится, а при поиске экзопланет стоит обращать особое внимание на сопоставление параметров землеподобной планеты с газовыми гигантами из той же системы. Без анализа их взаимного влияния однозначно заявлять о том, насколько пригодна для жизни та или иная планета, затруднительно, заключают учёные.

При всей новизне этого подхода и заметных успехах в моделировании влияния Юпитера на орбиту и климат Земли нельзя не заметить, что модель предстоит дорабатывать, поскольку в ряде случаев сдвигание орбиты Юпитера в симуляциях привело к потере Солнечной системой одной из планет за незначительное время (менее миллиона лет), что усложняет дальнейшие расчёты в силу последующего перестроения орбит всех участников системы.

Легко видеть, что «раскачивание Юпитера» способствует доведению эксцентриситета земной орбиты до уровня, который хуже меркурианского. Определённо, смена сезонов в этом случае была бы адски тяжёлой. Но так ли это для планет с другой плотностью атмосфер и объёмом гидросферы? (Иллюстрация F. Elliot Koch.)

Другим моментом, который сильно затрудняет наше понимание роли цикла Миланковича в истории земного климата, является то, что, если судить по геологическим данным на протяжении большей части земной истории, оледенений, которые считаются последствиями упомянутого цикла и к тому же столь характерны для последнего миллиона лет, не было вовсе. Более того, на планете часто по нескольку десятков миллионов лет не было постоянных полярных шапок, что затрудняет чёткое отождествление колебаний земного эксцентриситета (они должны были происходить и тогда) с резкими изменениями климата, которые в прошлом Земли случались, похоже, в среднем реже, чем в последний миллион лет.

Препринт работы можно полистать на сайте arXiv.