Пляжний сезон на сусідній планеті: чи існують пори року за межами Землі

Весна, літо, осінь і зима — пори року на Землі змінюються кожні кілька місяців, приблизно в один і той же час. Легко сприймати цей цикл як належне тут, на Землі, але не на кожній планеті можна спостерігати регулярну зміну сезонів. Отже, чому на Землі є регулярні пори року, коли на інших планетах їх немає?

Регулярний цикл сезонів на Землі унікальний. Вісь, за якою обертається Земля вздовж північного та південного полюсів, не зовсім вирівняна з вертикальною віссю, перпендикулярною до орбіти Землі навколо Сонця.

Цей невеликий нахил має велике значення для безлічі фізичних явищ, починаючи від пір року та закінчуючи таненням льодовиків. Величина цього нахилу навіть може визначити, чи придатна планета для життя.

Пори року на Землі

Якщо планета має ідеальне вирівнювання між віссю, навколо якої вона обертається, і віссю обертання, то кількість світла, яке вона отримує, фіксована в міру її обертання навколо Сонця, — за умови, що орбіта планети має форму кола. Оскільки сезони відбуваються через зміни в кількості світла, що досягає поверхні, планета, яка ідеально вирівняна, не мала б пір року. Але Земля не ідеально вирівняна за своєю віссю.

Для Землі це невелике відхилення становить близько 23 градусів від вертикалі. Отже, північна півкуля відчуває інтенсивніше сонячне випромінювання влітку, коли сонце перебуває прямо над північною півкулею.

Потім, у міру того, як Земля продовжує обертатися навколо Сонця, кількість сонячного випромінювання, що досягає північної півкулі, поступово зменшується, оскільки північна півкуля відхиляється від Сонця. У результаті цих змін починається зима.

Планети, що обертаються на своїх осях і обертаються навколо Сонця, схожі на дзиґи, що крутяться, — вони обертаються та розгойдуються через гравітаційне тяжіння Сонця. Коли дзиґа крутиться, ви можете помітити, що вона не залишається абсолютно вертикальною та нерухомою. Замість цього вона може почати нахилятися або трохи гойдатися. Цей нахил — те, що астрофізики називають прецесією.

Через ці хитання нахил Землі не зафіксовано. Ці невеликі варіації нахилу можуть мати великий вплив на клімат Землі в поєднанні з невеликими змінами форми орбіти Землі.

Хитання нахилу та будь-які природні зміни форми орбіти Землі можуть змінити кількість і розподіл сонячного випромінювання, що досягає Землі. Ці невеликі зміни сприяють серйознішим змінам температури планети за тисячі або сотні тисяч років. Це, зі свого боку, може спричиняти льодовикові періоди й періоди посухи.

Як нахил впливає на пори року

Як же саме варіації нахилу впливають на сезони на планеті? Низький нахил призводить до сильнішого сонячного випромінювання на екваторі та низького сонячного випромінювання біля полюса, як на Землі.

Із іншого боку, високий нахил, коли вісь обертання планети спрямована до Сонця або від нього — призводить до надзвичайно спекотних або холодних полюсів. Водночас екватор стає холодним, оскільки сонце не світить над екватором цілий рік. Це призводить до кардинально різних сезонів на високих широтах і низьких температур на екваторі.

Коли в планети нахил більший за 54 градуси, екватор цієї планети вкривається льодом, а полюс стає теплим. Це називається зворотною зонацією, і це — протилежність ситуації на Землі.

Здебільшого, якщо нахил має великі та непередбачувані зміни, сезонні зміни на планеті стають складними для прогнозування. Драматичні, значні зміни нахилу можуть перетворити всю планету на снігову грудку, де все вкрите льодом.

Більшість планет — не єдині у своїх сонячних системах. Їхні планетарні родичі можуть порушувати орбіти одне одного, що може призвести до змін форми та нахилу їхніх орбіт.

Резонанси обертання за орбітою можуть викликати різні варіації нахилу, коли планета розгойдується на своїй осі. Згадайте про те, як ви гойдаєте дитину на гойдалці. Якщо ви це робите в точний час — або на резонансній частоті — гойдалка підніматиметься все вище й вище.

Марс розгойдується на своїй осі більше, ніж Земля, хоча обидві планети мають приблизно однаковий нахил, і це дійсно пов'язано з тим, що Місяць обертається навколо Землі. У Землі та Марса схожа частота прецесії обертання.

Але в Землі є величезний Місяць, який тягне вісь обертання Землі та змушує її коливатися швидше. Ця трохи швидша прецесія запобігає виникненню резонансу обертання за орбітою. Так Місяць стабілізує нахил Землі, і Земля не розгойдується на своїй осі так сильно, як Марс.

Пори року на екзопланетах

За останні кілька десятиліть було виявлено тисячі екзопланет, або планет поза нашою Сонячною системою. Вчені з усього світу намагаються зрозуміти, наскільки придатні для проживання ці планети й чи мають ці екзопланети такі самі непередбачувані нахили, чи мають свої місяці, що стабілізують їх, як це відбувається на Землі.

Для цього дослідники вивчили Кеплер-186f, який є першою виявленою планетою розміром із Землю в населеній зоні. Заселена зона — це область навколо зірки, де на поверхні планети може існувати рідка вода й на якій може з'явитися та процвітати життя.

На відміну від Землі, Кеплер-186f розташована далеко від інших планет у своїй сонячній системі. У результаті ці інші планети мають тільки слабкий вплив на його орбіту й рух. Тож Кеплер-186f загалом має фіксований нахил, аналогічний до Землі. Навіть без великого Місяця в неї немає "диких" непередбачуваних сезонів, як у Марса.

Важливо

Загадка Чумацького Шляху. У галактиці виявлено всього 2 супутники екзопланет: але є проблема