火星或在地球气候周期中扮演关键角色

一项最新研究显示，这颗看似“个头不大”的红色行星，可能在地球长期气候演化中发挥着远超预期的作用。加州大学河滨分校行星天体物理学教授斯蒂芬·凯恩（Stephen Kane）通过数值模拟发现，火星对地球轨道参数和自转轴倾角变化的引力影响，直接牵动了多条关键的气候节律，包括冰期出现与结束的时间尺度。

火星直径仅约为地球的一半，质量约为地球的十分之一，一直被视为“轻量级”行星。此前有研究提出，地球海底沉积层中记录的某些气候节律，与火星的引力扰动有关，这一观点一度饱受质疑。凯恩坦言，自己起初也认为火星影响“非常微弱”，甚至难以在地质记录里清晰辨认，这次研究在某种程度上就是为了验证他原本的怀疑。

为此，研究团队构建了太阳系的长期动力学模型，模拟地球轨道形状与自转轴倾角随时间的演变。这些缓慢但持续的变化决定了阳光在地表的空间与时间分布，是著名“米兰科维奇周期”的物理基础。米兰科维奇周期与冰期密切相关，支配着数万年至数百万年尺度上的气候冷暖更替。在过去约 45 亿年中，地球至少经历过五次大的冰期，其中最近一次始于约 260 万年前，至今仍在延续。

研究显示，其中一个约 43 万年的气候周期主要由木星与土星的引力共同驱动，在模拟中无论火星是否存在，这一周期都能保留。但当模型中“移除”火星后，另外两条重要节律——一个约 10 万年周期、一个约 230 万年周期——则完全消失。如果在模拟中增加火星质量，这两条周期会随之缩短，表明火星质量越大，对地球轨道与气候的影响就越强。

这些长期周期影响地球轨道的偏心率、地球近日点出现的时间，以及自转轴倾角变化等关键参数。它们决定了不同纬度地区在不同季节接收的太阳辐射强度，从而影响冰盖的扩张与消退以及更广泛的长期气候格局。凯恩的结果表明，火星在上述多个环节中都具有可量化的作用，并非“微不足道”。他指出，由于火星轨道更远，受太阳引力主导程度相对较弱，因此其对地球的引力扰动反而更“显眼”，可以说是“超出体量的影响力”。

更令人意外的是，火星质量的变化还会改变地球自转轴倾角的变化速率。目前地球自转轴相对轨道面的倾角约为 23.5 度，这一角度会在长时间尺度上缓慢摆动。模拟显示，当火星质量被提高时，地球倾角变化的速率反而下降，类似于为地轴“增加了稳定器”。研究团队认为，这意味着火星不仅在轨道形状上施加扰动，还在一定程度上为地球自转姿态提供了额外的稳定因素。

这项研究论文已发表于《太平洋天文学会会刊》（Publications of the Astronomical Society of the Pacific），标题为《地球米兰科维奇周期对火星质量的依赖》（The Dependence of Earth Milankovitch Cycles on Martian Mass）。论文不仅量化了火星对地球轨道演化的具体贡献，也暗示了更广泛的系外行星学意义：在其他恒星系中，那些位于宜居带外侧、质量不大的“外行星”，同样可能在悄然塑造一颗类地行星的气候稳定性。

凯恩表示，当天文学家在其他恒星周围发现一颗处在宜居带里的类地行星时，不能只盯着这一颗行星本身。其外侧轨道上是否存在类似火星的小行星，将直接影响这颗类地行星的轨道节律与自转稳定性，从而影响其气候环境是否适合生命长期存在。

研究也不禁引发关于地球自身历史的“另类假设”。冰期在地质历史上多次改写生态格局，使森林退缩、草原扩张，推动包括直立行走、工具使用和社会协作在内的一系列关键进化变化。如果没有火星，地球轨道将缺失若干重要的气候周期，人类及其他物种的演化路径是否会彻底不同，甚至“我们是否还会以现在的样子存在”，都成了值得追问的开放问题。