Современное изменение климата на Земле вызвано деятельностью человека, но гравитационное притяжение других планет также может вызвать долгосрочные климатические закономерности, слегка изменив орбиту нашей планеты. Теперь исследования показывают, что массивные проходящие звезды также могут изменить траекторию Земли — и что эти космические буксиры могут ограничить способность исследователей изучать связи между прошлыми изменениями на орбите Земли и климатом нашей планеты.
Аспекты пути Земли вокруг Солнца со временем меняются. Например, форма орбиты Земли меняется от почти круглой до эллиптической каждые 100 000 лет или около того, по мере того как Юпитер и Сатурн притягивают Землю. Этот цикл Миланковича влияет на количество солнечной радиации, которую получает наша планета, частично изменяя наш климат и периодически отправляя нас в ледниковые периоды.
Моделирование, запущенное в обратном направлении, может помочь выявить такие изменения в планетарных орбитах. Но, как и прогнозы погоды, эти измерения становятся менее точными в течение более длительных периодов времени, поскольку неопределенности в траекториях планет растут экспоненциально. Поэтому ученые ранее полагали, что смогут точно предсказать путь Земли только за последние 70 миллионов лет или около того.
У такого моделирования есть еще один недостаток: они считают Солнечную систему пузырем. Тем не менее, будучи частью Млечного Пути, он довольно регулярно принимает внутригалактических посетителей. По прогнозам, Звезды будут проходить в пределах 200 000 астрономических единиц Солнца примерно 20 раз за миллион лет или около того. (Одна астрономическая единица, или а.е., составляет примерно 150 миллионов километров, или примерно среднее расстояние между Землей и Солнцем.) Фактически, в декабре 2023 года исследователи подсчитали, что такая звезда могла бы появиться через миллиард лет от Солнца.
Это исследование вдохновило двух членов одной команды изучить последствия, которые пролетающая звезда могла оказать на орбиту Земли в прошлом.
«Мы просто решили посмотреть, что произойдет, если мы начнем пролетать группу звезд мимо Солнечной системы в симуляциях», — сказал Натан Кайб из Института планетарных наук в Аризоне. Каиб и соавтор Шон Рэймонд, астроном из Университета Бордо во Франции, использовали компьютерные модели для создания сотни обратных прогнозов траекторий планет в Солнечной системе. Исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.
Близкий проход HD 7977, возможно, был одним из 10 самых мощных столкновений в истории нашей Солнечной системы, что привело к большой неопределенности в измерениях прошлой орбиты Земли.
Каждое моделирование продолжалось до тех пор, пока эксцентриситет Земли (величина отклонения орбиты планеты от идеального круга) не изменился по сравнению с текущим значением на 10%, после чего моделирование стало ненадежным. В некоторых сценариях исследователи позволяли солнечноподобной звезде приблизиться к Солнцу на расстояние менее 200 000 а.е. Они обнаружили, что включение пролета звезды сократило временной интервал прогнозирования с 77 миллионов лет до всего лишь 62 миллионов лет в прошлом. Исследователи также обнаружили, что звезды создают небесный эффект домино, притягивая газовых гигантов, которые затем подталкивают Землю.
Затем Каиб и Рэймонд перешли от общего к частному, сосредоточив внимание на звезде, которая прошла мимо Солнечной системы совсем недавно, всего 2,8 миллиона лет назад: HD 7977 размером с Солнце. Расчеты показывают, что HD 7977, вероятно, приблизилась к Солнцу на расстояние 13 200 а.е., но, возможно, приближалось к 3900 а.е. Если бы меньшее расстояние было правдой, исследователи обнаружили, что окно прогнозирования орбиты Земли уменьшилось всего до 50 миллионов лет; после этого орбита стала слишком эксцентричной, чтобы ее можно было предсказать.
Этот сокращенный временной интервал прогнозирования озадачил климатологов, изучающих климат древней Земли, поскольку многие считали, что палеоцен -эоценовый термический максимум, интервал глобального потепления около 56 миллионов лет назад, произошел, когда орбита Земли приблизила нашу планету к Солнцу. Однако теперь, когда траектория Земли больше не надежна, климатологам приходится исследовать другие причины, например, геологические факторы.
Результаты исследования также имеют значение для будущего. Каиб сказал, что следующим запланированным звездным гостем будет Глизе 710, который пройдет на расстоянии от 10 000 до 15 000 а.е. от Солнца через 1,3 миллиона лет. Но, добавил он, «уменьшает ли это возмущение нашу способность прогнозировать будущую орбитальную эволюцию Земли, остается открытым вопросом».
