Poza tym, co lokalne: Ziemia nie jest jedyną planetą, na której występują pory roku, ale na innych światach mogą one wyglądać zupełnie inaczej

Poniższy artykuł został napisany przez Gongji Lee, Georgia Instytut Technologii Pierwotnie pojawił się Rozmowa Publikujemy go tutaj za zgodą:

Wiosna, lato, jesień, zima – pory roku na Ziemi zmieniają się co kilka miesięcy, mniej więcej o tej samej porze roku. Łatwo jest przyjąć ten cykl za oczywistość tutaj na Ziemi, ale nie na każdej planecie występują regularne zmiany pór roku. Dlaczego więc na Ziemi występują regularne pory roku, a na innych planetach nie?

Jestem astrofizykiem Który bada ruch planet i przyczyny pór roku. Podczas moich badań odkryłem, że regularny układ pór roku na Ziemi jest wyjątkowy. the Oś obrotu, wokół której obraca się Ziemiawzdłuż bieguna północnego i południowego, Nie do końca kompatybilny Z osią pionową prostopadłą do orbity Ziemi wokół Słońca.

To niewielkie nachylenie ma duże konsekwencje dla wszystkiego, od pór roku po cykle lodowcowe. Wielkość tego nachylenia może określić, czy planeta nadaje się do zamieszkania, czy nie.

Pory roku na Ziemi

Kiedy planeta ma idealne ustawienie pomiędzy osią, wokół której się obraca, a osią obrotu, ilość światła słonecznego, jakie otrzymuje, jest stała podczas orbitowania wokół Słońca – zakładając, że jej kształt orbity to okrąg. Ponieważ pory roku wynikają z różnic w ilości światła słonecznego docierającego do powierzchni planety, na idealnie wyrównanej planecie nie byłoby pór roku. Ale Ziemia nie jest idealnie ustawiona na swojej osi.

Ta niewielka nierównowaga, zwana nachyleniem, jest… Około 23 stopni Od pionu do ziemi. Dlatego półkula północna jest intensywniej narażona na działanie promieni słonecznych latem, kiedy Słońce znajduje się bardziej bezpośrednio nad półkulą północną.

Następnie, gdy Ziemia w dalszym ciągu krąży wokół Słońca, ilość światła słonecznego docierającego do półkuli północnej stopniowo maleje w miarę odchylania się półkuli północnej od Słońca. To powoduje zimę.

Planety obracające się wokół swoich osi i krążące wokół Słońca wyglądają jak swego rodzaju wirujące wierzchołki, obracające się i kołyszące pod wpływem grawitacyjnego przyciągania Słońca. Kiedy blat się obraca, możesz zauważyć, że nie pozostaje całkowicie prosty i stabilny. Zamiast tego może zacząć się przechylać lub lekko kołysać. To nachylenie jest tym, co astrofizycy nazywają nachyleniem Inicjatywa się kręci.

Z powodu tych oscylacji nachylenie Ziemi nie jest całkowicie stałe. Mogą wystąpić te niewielkie różnice w nachyleniu Znaczący wpływ na klimat Ziemi W połączeniu z niewielkimi zmianami w kształcie orbity Ziemi.

Oscylacyjne nachylenie i wszelkie naturalne zmiany kształtu orbity Ziemi mogą zmienić ilość i rozkład światła słonecznego docierającego do Ziemi. Te małe zmiany przyczyniają się do większych zmian temperatur planety na przestrzeni tysięcy, a nawet setek tysięcy lat. To z kolei może Szybkie epoki lodowcowe i okresy ciepłe.

Przekładanie odchyleń na pory roku

Jak zatem różnice w pochyleniu wpływają na pory roku na planecie? Niskie nachylenie, co oznacza, że ​​oś obrotu jest zgodna z kierunkiem planety krążącej wokół Słońca. Prowadzi do Światło słoneczne jest najsilniejsze na równiku, a w pobliżu bieguna jest go najmniej, tak jak na Ziemi.

Z drugiej strony występuje duże nachylenie – co oznacza, że ​​oś obrotu planety jest skierowana w stronę Słońca lub od niego – Prowadzi do Bardzo gorące lub zimne kolumny. Jednocześnie równik staje się zimny, ponieważ słońce nie świeci nad równikiem przez cały rok. Powoduje to bardzo zróżnicowane pory roku na dużych szerokościach geograficznych i niższe temperatury na równiku.

Kiedy nachylenie planety przekracza 54 stopnie, jej równik staje się lodowaty i Słup staje się ciepły. To się nazywa Odwrotny podziałJest to przeciwieństwo tego, co ma Ziemia.

Zasadniczo, jeśli nachylenie ma duże i nieprzewidywalne wahania, sezonowe zmiany na planecie stają się gwałtowne i trudne do przewidzenia. Duża, dramatyczna zmiana nachylenia może zamienić całą planetę w kulę śnieżną. Gdzie wszystko jest pokryte lodem.

Rezonanse orbitalne wirują

Większość planet nie jest jedynymi planetami w Układzie Słonecznym. Ich rodzeństwo planetarne może zakłócać swoje orbity, co może prowadzić do różnic w kształcie ich orbit i nachyleniu orbit.

Zatem planety na orbicie wyglądają jak bączki na dachu samochodu uderzającego w drogę, przy czym samochód reprezentuje płaszczyznę orbity. Kiedy prędkość – lub częstotliwość, jak to nazywają naukowcy – z jaką wierzchołki przesuwają się lub obracają, odpowiada częstotliwości, z jaką samochód podskakuje w górę i w dół, coś się nazywa Rezonans orbitalny To się dzieje.

s może powodować różnice w nachyleniu, które pojawiają się, gdy planeta obraca się wokół własnej osi. Pomyśl o pchaniu dziecka na huśtawce. Kiedy uderzysz go w odpowiednim momencie – lub z częstotliwością rezonansową – będzie oscylował coraz wyżej.

Mars chwieje się wokół swojej osi bardziej niż Ziemia, chociaż oba są nachylone mniej więcej w tym samym stopniu, co jest w rzeczywistości związane z rotacją Księżyca wokół Ziemi. Ziemia i Mars to mają Częstotliwość precesji obrotu jest podobnaco odpowiada oscylacji orbity – składowe rezonansu orbity.

Ale Ziemia ma ogromny księżyc, który przyciąga oś obrotu Ziemi i powoduje, że porusza się ona szybciej. Ten nieco szybszy ruch zapobiega odczuwaniu echa spinowo-orbitalnego. Dlatego Księżyc stabilizuje nachylenie Ziemi, a Ziemia nie kołysze się wokół swojej osi tak bardzo, jak robi to Mars.

Pory egzoplanet

Tysiące egzoplanetLub planety poza naszym Układem Słonecznym, które odkryto w ciągu ostatnich kilku dekad. Mój zespół badawczy chciał zrozumieć, w jakim stopniu te planety nadają się do zamieszkania, czy te egzoplanety mają również ekstremalne mimośrody lub czy mają księżyce, które stabilizują je jak Ziemia.

Aby zbadać tę sprawę, moja grupa przeprowadziła pierwsze dochodzenie Różnice w osi obrotu egzoplanet.

Badamy Keplera-186fJest to pierwsza planeta wielkości Ziemi odkryta w strefie zamieszkiwalnej. Strefa mieszkalna Jest to obszar wokół gwiazdy, w którym na powierzchni planety może istnieć woda w stanie ciekłym, w którym może pojawić się i rozkwitnąć życie.

W przeciwieństwie do Ziemi, Kepler-186f znajduje się daleko od innych planet Układu Słonecznego. W rezultacie te inne planety mają jedynie słaby wpływ na swoją orbitę i ruch. A więc ogólnie Kepler 186f Ma stałe nachylenie, podobny do Ziemi. Nawet bez dużego księżyca nie ma zmiennych i nieprzewidywalnych pór roku, jak na Marsie.

Patrząc w przyszłość, dalsze badania nad egzoplanetami pomogą naukowcom zrozumieć, jak wyglądają pory roku na ogromnej różnorodności planet we wszechświecie.

Gongji LeeAdiunkt Fizyki, Georgia Instytut Technologii

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. Przeczytać Oryginalny artykuł.