Проходящие звезды изменили орбиту и климат Земли миллионы лет назад
Звезды, проходящие мимо Солнечной системы, могли изменить долгосрочную орбитальную эволюцию планет, включая Землю, и, как следствие, изменить климат на нашей планете.
«Возмущения — незначительное отклонение курса небесного тела, вызванное гравитационным притяжением соседнего тела — от проходящих звезд изменяют долгосрочную орбитальную эволюцию планет, включая Землю», — говорит Натан Кайб, ведущий автор нового исследования, опубликованного в Astrophysical Journal Letters.
«Одна из причин, по которой это важно, заключается в том, что геологические данные показывают, что изменения эксцентриситета орбиты Земли сопровождают колебания климата Земли. Если мы хотим наилучшим образом найти причины древних климатических аномалий, важно иметь представление о том, как выглядела орбита Земли во время этих эпизодов».
Одним из примеров такого эпизода является палеоцен-эоценовый термический максимум 56 миллионов лет назад, когда температура Земли поднялась на 5-8 градусов по Цельсию.
Уже предполагалось, что эксцентриситет орбиты Земли во время этого события был особенно высоким, но новое исследование показывает, что проходящие звезды делают подробные предсказания прошлой орбитальной эволюции Земли в это время весьма неопределенными, и возможен более широкий спектр орбитального поведения, чем считалось ранее.
Моделирование (обратное движение) используется для прогнозирования прошлой орбитальной эволюции Земли и других планет. Аналогично прогнозированию погоды, этот метод становится менее точным, если вы расширяете его на более длительные периоды времени из-за экспоненциального роста неопределенностей. Раньше в этих «обратных прогнозах» не учитывались эффекты прохождения звезд вблизи Солнца.
Когда Солнце и другие звезды вращаются вокруг центра Млечного Пути, они неизбежно могут проходить рядом друг с другом, иногда на расстоянии десятков тысяч а.е., причем 1 а.е. — это расстояние от Земли до Солнца.
Эти события называются звездными встречами. Например, звезда проходит в пределах 50 000 а.е. от Солнца в среднем каждые 1 миллион лет, а в пределах 10 000 а.е. от Солнца в среднем каждые 20 миллионов лет.
Моделирование в этом исследовании включает события такого типа, в то время как большинство предыдущих подобных работ этого не делали.
Одна из основных причин, по которой эксцентриситет орбиты Земли колеблется с течением времени, заключается в том, что она получает регулярные возмущения от планет-гигантов Солнечной системы (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна). Когда звезды проходят вблизи Солнечной системы, они возмущают орбиты планет-гигантов, что, следовательно, изменяет орбитальную траекторию Земли. Таким образом, планеты-гиганты служат связующим звеном между Землей и проходящими звездами.
Ученые говорят, что когда моделирование включало в себя прохождение звезд, они обнаружили, что орбитальная неопределенность растет еще быстрее, а временной горизонт, за которым предсказания этого обратного моделирования становятся ненадежными, более ранний, чем предполагалось.
Это означает две вещи: в истории Земли были прошлые эпохи, когда наша уверенность в том, как выглядела орбита Земли (например, ее эксцентриситет или степень округлости), была слишком неопределенной, а реальное состояние орбиты неизвестно, и последствия проходящих звезд делают возможными режимы орбитальной эволюции (длительные периоды особенно высокого или низкого эксцентриситета), которые не предсказывались предыдущими моделями.
“Учитывая эти результаты, мы идентифицировали одно известное недавнее звездное прохождение — солнцеподобную звезду HD 7977, произошедшее 2,8 миллиона лет назад, которое потенциально достаточно мощное, чтобы изменить прогнозы моделирования о том, какой была орбита Земли примерно 50 миллионов лет назад”, — сказал Натан Каиб.
Однако текущая неопределенность минимального расстояния встречи Солнца и HD 7977 велика и варьируется от 4000 до 31 000 а.е.
«Для больших расстояний HD 7977 не окажет существенного влияния на Землю. Однако ближе к меньшему концу диапазона это, скорее всего, изменит наши прогнозы о прошлой орбите Земли», — говорят исследователи.
«Мы показываем, что встречи звезд играют важную роль в долгосрочной динамической эволюции Солнечной системы. Хотя для того, чтобы эффекты звездных проходов существенно проявились, требуются десятки миллионов лет, долгосрочная орбитальная эволюция Земли и остальных планет связана с этими звездами».
Исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.