Как наклон оси вращения планеты влияет на её климат

Наклон оси планеты - важный фактор для развития жизни и эволюции. Рассмотрим где климат лучше - на планетах с большим наклоном оси или там, где наклон оси даже меньше, чем у Земли.

В поиске потенциально пригодных для жизни экзопланет, ученым приходится оценивать множество факторов. Одним из таких факторов является наклон оси вращения планеты к плоскости эклиптики, благодаря которому и происходит смена сезонов, например, на нашей Земле.

Наклон оси вращения Земли сыграл немалую роль в зарождении жизни и дальнейшей эволюции живых существ на нашей планете. То же, по всей видимости, верно и для экзопланет. Если наклона оси не будет совсем, это приведет к фактическому отсутствию смены сезонности, а такая “стабильность” явно не способствует эволюции. А, что, если наклон планетарной оси будет слишком велик?

Наклон оси Земли по отношению к плоскости эклиптики 23,26 градусов: не много и не мало , а в самый раз!

Что лучше для жизни – отсутствия наклона оси планеты или сильный наклон

«Наклон оси вращения планеты к плоскости эклиптики – важнейший параметр, определяющий сезоны и возможную обитаемость планеты», – говорит Рене Геллер из Института астрофизики имени Лейбница в Потсдаме. Геллер – ведущий автор двух работ, посвященных потере наклона оси вращения планетами из-за приливных воздействий их звезд).

Многие факторы оказывают влияние на наклон оси вращения планеты – при всей кажущейся неизменности, этот баланс очень хрупок. Его может изменить как одно событие, например столкновение с крупным астероидом, так и постепенное, незаметное влияние других планет системы и ее звезды. Для нашей планеты, наклон оси составляет 23.5 градуса. Вместе со сменой дня и ночи этот небольшой, но и не маленький – идеальный – наклон обеспечивает небольшой перепад температур между самой теплой и самой холодной точкой поверхности. Эта разница действительно небольшая, если сравнить ее с пятью сотнями градусов для Меркурия (~0,1 градус).

Если планета не имеет наклон или он составляет всего несколько градусов, на ней не будет смены времен года. Холодные полюса и горячий экватор сузят обитаемую область планеты. Но обратимся теперь к другому случаю – очень большому наклону оси вращения. Пример такой планеты – Уран (наклон 97,7 градусов). Каждый полюс в течение четверти года смотрит прямо на Солнце, а затем на четверть года полностью уходит в тень.

«Наш северный полюс полностью бы растаял менее чем за год, зато на экваторе было бы очень холодно, – говорит Геллер. – Одновременно южный полюс замерз бы очень основательно, вообще не получая тепла».

Такие условия – еще половина беды. Полюса регулярно меняются местами, так что та часть, которая только что полностью замерзла, теперь стерилизуется мощным излучением звезды.

Наклон оси вращения планет солнечной системы – обратите внимание на «странный» угол наклона Венеры: это не ошибка, просто Венера вращается в противоположную сторону

---

---

Термофилы и Психрофилы – экстремальные обитатели планет с экстремальным наклоном оси

Жизнь умеет адаптироваться ко многим условиям. Возможно, какие-то виды смогут быстро передвигаться, следуя за сменой удобной для них зоны – теплой или холодной. Более вероятны виды, приспособившиеся для жизни в экваториальных регионах. Там хоть и холодно, но зато весь год одинаково! Какие-то организмы даже смогли бы выдерживать перепад температур. На Земле существуют бактерии, которые бы справились с такими изменениями условий.

Живые существа, способные выживать в экстремальных условиях, получили название «экстремофилы». К ним относятся, в частности, термофилы, обитающие в горячих струях около гидротермальных источниках на больших глубинах. Им всегда жарко, но на такие глубины вообще не проникает солнечный свет, а источником энергии служит сама Земля. Изменение наклона оси вращения вряд ли скажется на этих организмах.

Психрофилы, напротив существуют в ледяных условиях. При повышении температуры они впадают в стасис, закрываясь в плотных коконах. В таком виде эти организмы могут существовать миллионы лет, пока условия снова не станут благоприятными.

Однако для более сложных форм жизни вряд ли подойдет планета с наклоном оси заметно большим, чем у Земли, пусть даже и меньшим, чем у Урана. Возможно, наклон всего в 40 градусов является слишком большим для возникновения животных из-за слишком жаркого лета и холодной зимы, затрагивающих большую часть планеты.

Однако похожие условия, возможно, имели место на нашей планете и в течение долгого времени сдерживали эволюцию, не давая появиться животным.

Наклон земной оси и эволюция живых существ

Примерно 580 миллионов лет назад жизнь на Земле ограничивалась простейшими организмами, микроскопическими водорослями и бактериями. Примерно 540 лет назад произошел “Кембрийский взрыв“: жизнь начала эволюционировать бешеными темпами. Окаменелости показывают множество различных сложных организмов, появившихся в это время.

Может быть, до этого Земля была слишком сильно наклонена? Это подтверждает численное моделирование. Ужасное столкновение, имевшее место 4.5 миллиарда лет назад и, согласно ведущей гипотезе, приведшее к образованию Луны, могло изменить наклон оси вращения Земли. Геологические данные подтверждают, что Земля в течение долгого времени, до момента примерно до 600 миллионов лет назад, имела большой наклон.

Конечно наклон оси важен, но все же нельзя его переоценивать: Земля Докембрийского периода с «экстремальным» уровнем наклона все же была населена примитивными бактериями, а Марс наших дней, с почти «идеальным» уровнем наклона оси – безжизненен

Основную информацию по этому поводу предоставляют ледники. Исследования австралийских геофизиков показали, что в те времена ледники формировались в основном на низких широтах. Если наклон оси вращения составлял более 54 градусов, то в среднем экватор становится холоднее, чем полюса. Магнитные линии, замороженные в ледниках вместе с намагниченными частичками, открыли ученым этот факт. Доказательства значительного наклона оси исчезают на границе Докембрийского периода. Земля, вступившая в Фанерозой, стала приобретать ледники на полюсах, и в это же время началось развитие сложных форм жизни.

Видимо, в этот момент условия на Земле значительно улучшились, и наилучшим объяснением для такого быстрого и резкого изменения служит уменьшение наклона оси вращения. Безусловно, существуют и другие объяснения этого явления, и у каждой есть недостаток, делающий ее уязвимой для критики. В случае изменения наклона есть такая фундаментальная проблема.

Изменение наклона прекрасно объясняет произошедшее, но что может объяснить само это изменение? Что вынудило планету повернуться примерно за 100 миллионов лет до появления первых подтвержденных полярных ледников? Объяснение может заключаться в тектонической активности или гравитационном поле Луны, но это лишь догадки.

Современный уровень развития знаний об экзопланетах ещё очень низок. Несмотря на то, что мы знаем сотни экзопланет, мы практически ничего не можем о них сказать, за исключением массы, размера и периода обращения вокруг звезды. Наклон оси вращения – не самый сложный параметр, и возможность отмести как непригодные для жизни те планеты, которые наклонены слишком сильно, позволит сконцентрироваться на остальных, более подходящих для поисках планетах. Осталось лишь научиться определять этот наклон.

По материалам: space.com