火星如何意外影响地球气候变化

火星的引力对地球有着惊人的影响，影响着我们星球的自转轴倾斜和轨道，从而导致气候周期持续数十万到数百万年，新的模拟显示了这一点。

早已知道，地球的长期气候受米兰科维奇周期的支配，这些周期是我们星球轨道和倾斜的长期变化，受太阳系中其他行星的引力影响。金星是离地球最近的行星，而木星是太阳系中质量最大的行星，它们是主要的罪魁祸首，数千年来，它们的引力一直在拖动地球。火星也有一些影响；之前的研究观察到地球海底沉积物，提出了由于与火星的引力相互作用而导致气候变化的可能性。然而，火星的引力对地球的影响直到现在才被量化。

事实证明，火星可能“超出其重量”，研究人员表示。“我知道火星对地球有一些影响，但我认为它微不足道，”加州大学河滨分校的斯蒂芬·凯恩在一份声明中说。“我一直认为它的引力影响太小，根本无法在地球的地质历史中轻易观察到。我想验证一下自己的假设。”

凯恩与英国伯明翰大学的帕姆·维尔沃特和澳大利亚南昆士兰大学的乔纳森·霍恩一起，进行了详细的太阳系模拟，测试了行星对地球的影响。

需要特别注意，米兰科维奇周期与当前的人为全球变暖没有任何关系，而是这些周期在地质时间尺度上影响着地球的气候。虽然这些周期可以触发冰河时代（在这里定义为冰层长时间覆盖极地），但它们也确保冰河时代不会永远持续，因为条件会随着周期影响地球的轨道和倾斜而变化。

具体来说，米兰科维奇周期控制着地球的轴倾角（也称为倾斜角）、地球围绕太阳的轨道的偏心率（即轨道的拉长程度）以及一个称为春分点的进动属性。最后一个周期控制着地球在轨道上何时达到近日点——即离太阳最近的点。目前，近日点发生在一月，此时北半球是冬季，南半球是夏季，但进动使近日点逐渐推迟到年末，然后再回到原来的位置。

最强的米兰科维奇周期之一的周期为43万年，使地球的轨道略微偏心，呈椭圆形，并受到金星和木星的引力控制。对于这个周期，凯恩的判断是正确的——模拟结果显示，当火星被移除时，它的缺席对这个周期没有影响。

然而，在模拟中移除火星后，另外两个显著的米兰科维奇周期，分别为10万年和240万年，也随之消失。

凯恩说：‘当你移除火星时，这些周期就消失了。如果你增加火星的质量，它们会变得越来越短，因为火星的影响会更大。’

凯恩、维尔沃特和霍纳还发现，通过改变火星在模拟中的质量，他们可以控制地球相对于黄道平面的倾斜度变化幅度。

凯恩说：“随着我们模拟中火星质量的增加，地球倾斜度的变化速率下降。因此，增加火星的质量对地球的倾斜度有稳定作用。”

许多轨道特性会影响地球的气候。行星的倾斜度决定了极地接收到多少阳光。地球轨道的偏心率决定了地球与太阳的距离远近。而春分点的进动控制了地球在一年中的哪个时刻获得最大日照，这与倾斜度和偏心率相结合，可以显著改变地球的气候。

地球的倾斜度每41,000年可以在21.5度到24.5度之间变化。这是相对稳定的；相比之下，火星的倾斜度更加混乱，根据古代地质证据，火星的变化可达90度。直到现在，人们认为地球稳定的倾斜度是由月球的存在维持的。然而，凯恩的模拟显示，火星的引力也稳定了地球的倾斜度。这可能消除了大型月球的必要性，以防止类地行星的倾斜不稳，这意味着地球可能并不那么稀有——至少在这个情况下是这样。

火星在太阳系中的位置也加大了它对地球的影响。离太阳越近的行星，太阳的引力就越主导，而不是行星的引力。

凯恩说：“因为火星离太阳更远，所以它对地球的引力效应比它离得更近时要大得多。它的影响力超出了它的体量。”

因此，寻找宜居系外行星的天文学家不应该仅仅满足于发现一个潜在的类地行星；他们还应该寻找一个适度的外行星，以帮助稳定类地行星的环境并在长时间内调节气候。

凯恩说：“当我观察其他行星系统并发现一个位于宜居区的类地行星时，系统中更远的行星可能会影响那个类地行星的气候。”

如果没有火星，地球的气候是否足够稳定以发展出复杂的生命形式？也许我们永远无法找到这个问题的答案，但这真是个引人入胜的‘如果’问题！

“没有火星，地球的轨道将缺少重要的气候周期，”凯恩说。“如果没有火星，人类和其他动物会变成什么样呢？”

模拟结果于12月18日发布在太平洋天文学会出版物上。