Bild Skillnaden hur jorden och Mars kretsar runt
solen. (NASA)
Stephen Kane, professor i planetarisk astrofysik vid
UC Riverside, inledde detta projekt efter tvivel kring nyare studiers resultat som kopplar
jordens uråldriga klimatmönster till gravitationseffekter från Mars. Dessa
studier tyder på att sedimentlager på havsbottnen på jorden speglar klimatcykler påverkade
av Mars trots dess avstånd från jorden och dess lilla storlek.
"Jag visste att Mars hade någon effekt på
jorden, men jag antog att den var pyttelitet," beskriver Kane. "Jag trodde att dess gravitationella påverkan skulle vara för liten för att lätt
kunna observeras inom jordens geologiska historia. Jag började kolla
mina egna antaganden."
För att göra detta körde Kane datorsimuleringar av
solsystemets beteende och av de långsiktiga variationerna i jordens bana och
lutning som styr hur solljuset når eller nått ytan under tiotusentals till miljontals år.
Dessa cykler av förskjutande bana och position kallas Milanković-cykler och är centrala för att förstå hur och när istider
börjar och slutar. En istid är en lång period då planeten har permanenta isar
vid polerna. Jorden har genomgått minst fem stora istider under sin 4,5
miljarder år långa historia. Den senaste började för cirka 2,6 miljoner år
sedan och pågår fortfarande.
En Milanković-cyklel drivs huvudsakligen av Venus
och Jupiters gravitationskraft och tar 430 000 år att slutföra. Under den
tidsperioden skiftar jordens bana runt solen gradvis från nästan cirkulär till
mer avlång och sedan tillbaka igen. Denna förändring i banans form påverkar hur
mycket solenergi som når jorden och kan påverka istäckens framryckning eller
tillbakadragande.
Den 430 000-åriga cykeln förblev intakt i Kanes
simuleringar oavsett om Mars fanns eller ej. Men när Mars togs bort försvann
två andra stora cykler, en som tar 100 000 år att slutföra och en annan som
sträcker sig över 2,3 miljoner år, helt.
"När du tar bort Mars försvinner de
cyklerna," beskriver Kane. "Och om du ökar Mars massa blir de kortare och
kortare eftersom Mars då får större effekt."
Dessa cykler påverkar hur cirkulär eller utsträckt
jordens bana är (dess excentricitet), tidpunkten för jordens närmaste passage
till solen och lutningen av dess rotationsaxel (dess lutning). Dessa påverkar
hur mycket solljus olika delar av jorden får vilket i sin tur påverkar glaciala
cykler och långsiktiga klimatmönster. Kanes resultat visar att Mars spelar en
mätbar roll i båda.
"Ju närmare en planet är solen desto mer domineras
en planet av solens gravitation. Eftersom Mars är längre från solen har den en
större gravitationseffekt på jorden än om den var närmare. Den slår över sin
viktklass," beskriver Kane.
En av de mer oväntade upptäckterna var hur Mars
massa påverkar takten med vilken jordens lutning förändras. Jorden lutar för
närvarande ungefär 23,5 grader, och den vinkeln varierar något över tid.
"När Mars massa ökades i våra simuleringar
minskar förändringshastigheten i jordens lutning," beskriver Kane. "Så att
öka Mars massa har en slags stabiliserande effekt på vår lutning."
Studien är publicerad i Publications of the
Astronomical Society of the Pacific, och beskriver inte bara hur Mars kvantifierar inflytandet på
jordens omloppsbana utan antyder också bredare konsekvenser. Kanes
simuleringar antyder att även små yttre planeter i solsystem kan
forma stabiliteten hos världar som kan hysa liv.
