Новое исследование эволюции орбит Земли и других внутренних планет Солнечной системы показало, как эти орбиты изменялись с течением времени под воздействием звезд, проходящих вблизи нашей планетарной системы.
Возмущения, вызванные гравитационным взаимодействием проходящих звезд, изменили долгосрочную орбитальную эволюцию планет. А поскольку геологические данные показывают, что изменения эксцентриситета орбиты Земли сопровождают колебания земного климата, этот результат очень важен. Чтобы понять, как выглядела орбита Земли во время этих эпизодов, и лучше разобраться в причинах древних климатических аномалий.
Один из примеров — палеоцен-эоценовый термический максимум, произошедший 56 миллионов лет назад, когда температура на Земле повысилась на 5-8 градусов Цельсия. Ранее уже высказывалось предположение, что во время этого события орбитальный эксцентриситет Земли был значительно выше. Однако новые результаты показывают, что с учетом проходящих звезд можно получить еще более точную оценку.
Хаотичная и измененная орбитальная эволюция
В последние десятилетия динамическое компьютерное моделирование позволило создать прямые модели орбитальной эволюции Солнечной системы на временных масштабах в миллионы и миллиарды лет. Результаты показывают, что орбитальная эволюция внутренних планет носит хаотический характер. И поскольку мы не знаем точно их свойств, мы не можем оценить эту эволюцию на временных масштабах, превышающих 100 миллионов лет.
Следовательно, прошлую или будущую орбитальную эволюцию Земли можно с уверенностью оценить только на временном горизонте, гораздо меньшем, чем возраст Земли, — около 60 миллионов лет.
В течение этих 60 миллионов лет моделирование изменения параметров орбиты нашей планеты также требует учета дополнительной к остальным неопределенности, обусловленной хаосом: прохождение звезд в окрестностях Солнечной системы.
Проходящие звезды
Когда Солнце и другие звезды вращаются вокруг центра Млечного Пути, они неизбежно проходят близко друг к другу, иногда в пределах десятков тысяч астрономических единиц (1 АЕ — это расстояние между Землей и Солнцем). Такие события называются звездными встречами. В среднем каждые миллион лет звезда проходит в пределах 50 тысяч АЕ от Солнца, а в пределах 10 тысяч АЕ — каждые 20 миллионов лет.
Когда эти звезды проходят близко к нашей Солнечной системе, они возмущают орбиты Юпитера. Следовательно, они изменяют орбитальную траекторию Земли. Большинство симуляций до сих пор не учитывали этот тип событий, но в данном исследовании, проведенном под руководством Натана А. Кайба из Института планетарных наук, он был учтен.
В симуляциях команды учтено исключительно близкое прохождение Солнцеподобной звезды HD 7977, которое произошло 2,8 миллиона лет назад. С учетом этого новые последовательности орбитальной эволюции Земли становятся возможными в эпохи до 50 миллионов лет назад — период, включающий термический максимум палеоцена-эоцена.
На изображении ниже 100 различных симуляций (каждая из которых имеет свой цвет) были отобраны каждые 1000 лет в течение 600 000 лет. Каждая симуляция соответствует условиям современной Солнечной системы, а различия в орбитальных предсказаниях обусловлены в основном орбитальным хаосом и прошлым взаимодействием с HD 7977.
Неопределенность орбитальных параметров растет, но теперь мы знаем, за чем следить
Когда моделирование включает в себя прохождение звезд, неопределенности в отношении параметров, управляющих орбитальной эволюцией, растут еще быстрее. Следовательно, временной горизонт, за которым предсказания этих обратных симуляций становятся ненадежными, более поздний, чем считалось ранее. Это означает две вещи:
- В истории Земли есть эпохи, когда наши оценки того, как выглядит орбита Земли (например, ее эксцентриситет), не так точны, как мы думали.
- Влияние пролетающих звезд делает возможными режимы орбитальной эволюции, которые не были предсказаны прошлыми моделями.
В любом случае известная встреча с HD 7977 2,8 миллиона лет назад может открыть новые последовательности орбитальной эволюции Земли в прошлом, более 50 миллионов лет назад. Последовательности, которые не были рассмотрены или получены в ходе предыдущих попыток моделирования.
И хотя для значимого проявления эффектов звездных транзитов требуются десятки миллионов лет, долгосрочная орбитальная эволюция Земли и остальных планет так или иначе связана с этими звездами.
С полным текстом исследования, опубликованным в журнале The Astrophysical Journal Letters, можно ознакомиться .