Звезды, проходящие мимо Солнечной системы, повлияли на движение Земли
Оказалось, что такое влияние во многом управляет климатом нашей планеты и даже обеспечило самую теплую эпоху в ее истории.
Земля движется вокруг Солнца почти по окружности. Отклонение от идеальной траектории движения оценивается с помощью эксцентриситета (е), который принимает значение от нуля (окружность) до единицы (вытянутый эллипс). У нашей планеты степень отклонения от окружности равна 0,0167, лидер Солнечной системы — Меркурий с e=0,2056. Благодаря относительно небольшому эксцентриситету на Земле нет большого перепада температур в течение года.
За последние 30-40 лет компьютерное моделирование помогло астрофизикам в изучении орбитальной эволюции планет Солнечной системы, отодвинув горизонт исследования на миллионы лет назад. Однако вместе с увеличением доступного отрезка времени выросло количество условий, которые влияют на точность результатов. Гравитационные поля планет-гигантов и астероидов, которые действуют на планеты Солнечной системы, — одно из главных условий, отмеченное учеными.
В середине февраля 2024 года двое астрофизиков опубликовали исследование, в котором рассчитали, как звезды за пределами Солнечной системы влияют на эксцентриситет Земли. Авторы указывают на то, что в предыдущих работах исследователи рассматривали Солнечную систему как изолированную. Это условие ошибочно, так как Солнечная система находится в Млечном Пути.
Стандартное отклонение эксцентриситета орбиты Земли для четырех вариантов. Первый — Солнечная система изолирована. Второй — Солнечная система изолирована, но учитывается влияние астероидов на движение Земли. Третий — Солнечная система не изолирована, учитывается влияние звезд за пределами системы. Четвертый — Солнечная система не изолирована, учитывается влияние звезд и астероидов за пределами системы. Иллюстрация: The Astrophysical Journal Letters.
Астрофизики использовали модифицированную версию гибридного интегратора MERCURY для моделирования. Это позволило исследователям включать в эксперимент произвольное количество объектов со звездной массой, а также учитывать релятивистскую орбитальную прецессию. Ученые генерировали ситуации, в которых звезды в пределах одного парсека (3,26 светового года) от Солнечной системы оказывают влияние на движение планет внутри системы. Расстояние больше одного парсека требовало чрезвычайно больших масс и малых скоростей звезд. Также астрофизики не учитывали влияние Луны на Землю, сжатие Солнца, приливные эффекты и эффекты твердого тела.
Авторы пришли к выводу, что влияние звезд уменьшает временной отрезок для предсказания эволюции орбиты Земли на 10%, что больше, чем влияние астероидов. Воздействие на орбитальное движение внутренних планет оказывают в основном планеты-гиганты, на которые, в свою очередь, действуют звезды за пределами Солнечной системы. Наибольший вклад в долгосрочную эволюцию орбиты Земли делает Юпитер.
Астрофизики считают, что звезда HD 7977 с массой, немного превышающей солнечную, около 2,8 миллиона лет назад повлияла на эволюцию орбитального движения Земли. Вероятность того, что звезда находилась примерно на 3900 астрономических единиц от Солнечной системы, равна 5%. Однако исследователи подчеркивают важность этого события.
«Следует отметить, что расстояние в 3900 астрономических единиц, вероятно, сделало прохождение HD 7977 мимо Солнечной Системы одним из 10 самых влиятельных за всю историю Солнечной системы», — отметили авторы исследования.
Они также определили возможный максимальный эксцентриситет Земли, которого она достигла 55-56 миллионов лет назад. Значение эксцентриситета колеблется от 0,0546 до 0,0555 (±0,00045), если в экспериментах Солнечная система была изолированной. А при влиянии звезд, в том числе HD 7977, диапазон максимального эксцентриситета составлял 0,0500-0,0569 (±0,0035). Другими словами, эксцентриситет Земли был больше примерно в три раза.
Астрофизики видят связь между максимальным эксцентриситетом планеты и периодом с палеоцен-эоценовый термическим максимумом. В это время произошло резкое потепление климата Земли, изменился состав атмосферы, а разнообразие ископаемых видов существенно выросло (в частности, первые достоверные остатки наших предков приматов относятся именно к этому периоду).
Ученые пришли к весьма нетривиальному выводу, что период самой вытянутой орбиты нашей планеты одновременно был периодом самого теплого климата за последние полмиллиарда лет как минимум. Между тем с климатической точки зрения неясно, как сильно изменяющаяся на протяжении года солнечная инсоляция могла бы привести к такому результату. Объяснение этого вопроса потенциально представляет серьезный интерес для наук о Земле.