Η Γη δεν είναι ο μόνος πλανήτης με εποχές, αλλά μπορεί να φαίνονται πολύ διαφορετικές σε άλλους κόσμους

Αυτό το άρθρο παρουσιάστηκε αρχικά στο


Η συζήτηση

.

Άνοιξη, καλοκαίρι, φθινόπωρο και χειμώνας – οι εποχές στη

Γη

αλλάζουν κάθε λίγους μήνες, περί

που

την ίδια ώρα κάθε χρόνο. Είναι εύκολο να θεωρήσουμε αυτόν τον κύκλο ως δεδομένο εδώ στη Γη, αλλά δεν έχει κάθε πλανήτης μια τακτική αλλαγή στις εποχές. Γιατί λοιπόν η Γη έχει κανονικές εποχές ενώ άλλοι

πλανήτες

δεν έχουν;

Είμαι αστροφυσικός

που μελετά την κίνηση των πλανητών και τα αίτια των εποχών. Κατά τη διάρκεια της έρευνάς μου, ανακάλυψα ότι το κανονικό μοτίβο των εποχών της Γης είναι μοναδικό. ο

άξονα περιστροφής πάνω στον οποίο περιστρέφεται η Γη

κατά μήκος του Βόρειου και Νότιου πόλου,

δεν είναι αρκετά ευθυγραμμισμένο

με τον κάθετο άξονα κάθετο στην τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο.

Αυτή η μικρή κλίση έχει μεγάλες επιπτώσεις για τα πάντα, από τις εποχές έως τους κύκλους των παγετώνων. Το μέγεθος αυτής της κλίσης μπορεί ακόμη και να καθορίσει εάν ένας πλανήτης είναι κατοικήσιμος για ζωή.

Εποχές στη Γη

Όταν ένας πλανήτης έχει τέλεια ευθυγράμμιση μεταξύ του άξονα στον οποίο περιφέρεται και του άξονα περιστροφής, η ποσότητα του ηλιακού φωτός που δέχεται είναι σταθερή καθώς περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο – υποθέτοντας ότι το τροχιακό του σχήμα είναι κύκλος. Δεδομένου ότι οι εποχές προέρχονται από διακυμάνσεις στο πόσο ηλιακό φως φτάνει στην επιφάνεια του πλανήτη, ένας πλανήτης που είναι τέλεια ευθυγραμμισμένος δεν θα έχει εποχές. Αλλά η Γη δεν είναι τέλεια ευθυγραμμισμένη στον άξονά της.

Αυτή η μικρή κακή ευθυγράμμιση, που ονομάζεται λοξότητα, είναι

γύρω στους 23 βαθμούς

από κάθετη για τη Γη. Έτσι, το βόρειο ημισφαίριο βιώνει πιο έντονο ηλιακό φως κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, όταν ο Ήλιος βρίσκεται πιο άμεσα πάνω από το Βόρειο Ημισφαίριο.

Στη συνέχεια, καθώς η Γη συνεχίζει να περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο, η ποσότητα του ηλιακού φωτός που δέχεται το Βόρειο Ημισφαίριο μειώνεται σταδιακά καθώς το Βόρειο Ημισφαίριο γέρνει μακριά από τον Ήλιο. Αυτό προκαλεί χειμώνα.

Οι πλανήτες που περιστρέφονται στους άξονές τους και περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο μοιάζουν κάπως με περιστρεφόμενες κορυφές – περιστρέφονται γύρω και ταλαντεύονται λόγω της βαρυτικής έλξης από τον Ήλιο. Καθώς η

κορυφή

περιστρέφεται, μπορεί να παρατηρήσετε ότι δεν μένει απλώς τέλεια όρθια και ακίνητη. Αντίθετα, μπορεί να αρχίσει να γέρνει ή να ταλαντεύεται ελαφρά. Αυτή η κλίση είναι αυτό που αποκαλούν οι αστροφυσικοί

μετάπτωση περιστροφής

.

Εξαιτίας αυτών των ταλαντώσεων, η λοξότητα της Γης δεν είναι απόλυτα σταθερή. Αυτές οι μικρές παραλλαγές στην κλίση μπορεί να έχουν

μεγάλες επιπτώσεις στο κλίμα της Γης

όταν συνδυάζεται με μικρές αλλαγές στο σχήμα της τροχιάς της Γης.

Η ταλαντευόμενη κλίση και τυχόν φυσικές παραλλαγές στο σχήμα της τροχιάς της Γης μπορούν να αλλάξουν την ποσότητα και την κατανομή του ηλιακού φωτός που φτάνει στη Γη. Αυτές οι μικρές αλλαγές συμβάλλουν στις μεγαλύτερες αλλαγές θερμοκρασίας του πλανήτη κατά τη διάρκεια χιλιάδων έως εκατοντάδων χιλιάδων ετών. Αυτό μπορεί, με τη σειρά του,

οδηγούν τις εποχές των παγετώνων και τις περιόδους ζεστασιάς

.

Μεταφράζοντας την λοξότητα σε εποχές

Πώς λοιπόν οι παραλλαγές της λοξότητας επηρεάζουν τις εποχές σε έναν πλανήτη; Χαμηλή λοξότητα, που σημαίνει ότι ο άξονας περιστροφής είναι ευθυγραμμισμένος με τον προσανατολισμό του πλανήτη καθώς περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο,

οδηγεί σε

ισχυρότερο ηλιακό φως στον ισημερινό και χαμηλό ηλιακό φως κοντά στον πόλο, όπως στη Γη.

Από την άλλη πλευρά, μια υψηλή λοξότητα –που σημαίνει ότι ο άξονας περιστροφής του πλανήτη δείχνει προς ή μακριά από τον Ήλιο–

οδηγεί σε

πολύ ζεστοί ή κρύοι στύλοι. Ταυτόχρονα, ο ισημερινός κρυώνει, καθώς ο Ήλιος δεν λάμπει πάνω από τον ισημερινό όλο το χρόνο. Αυτό οδηγεί σε δραστικά μεταβαλλόμενες εποχές σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και χαμηλές θερμοκρασίες στον ισημερινό.

Όταν ένας πλανήτης έχει κλίση μεγαλύτερη από 54 μοίρες, ο ισημερινός αυτού του πλανήτη παγώνει και ο

ο πόλος γίνεται ζεστός.

Αυτό ονομάζεται α

αντίστροφη ζώνη

και είναι το αντίθετο από αυτό που έχει η Γη.

Βασικά, εάν μια λοξότητα έχει μεγάλες και απρόβλεπτες διακυμάνσεις, οι εποχιακές διακυμάνσεις στον πλανήτη γίνονται άγριες και δύσκολο να προβλεφθούν. Μια δραματική, μεγάλη παραλλαγή λοξότητας μπορεί να μετατρέψει ολόκληρο τον πλανήτη σε χιονόμπαλα,

όπου είναι όλα καλυμμένα από πάγο

.

Συντονισμοί τροχιάς περιστροφής

Οι περισσότεροι πλανήτες δεν είναι οι μόνοι πλανήτες στα ηλιακά τους συστήματα. Τα πλανητικά αδέρφια τους μπορούν να διαταράξουν ο ένας την τροχιά του άλλου, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε διακυμάνσεις στο σχήμα των τροχιών τους και στην τροχιακή τους κλίση.

Έτσι, οι πλανήτες σε τροχιά μοιάζουν με κορυφές που περιστρέφονται στην οροφή ενός αυτοκινήτου που προσκρούει στο δρόμο, όπου το αυτοκίνητο αντιπροσωπεύει το τροχιακό επίπεδο. Όταν ο ρυθμός –ή η συχνότητα, όπως την αποκαλούν οι επιστήμονες– με την οποία οι κορυφές προχωρούν ή περιστρέφονται, ταιριάζει με τη συχνότητα με την οποία το αυτοκίνητο χτυπά πάνω-κάτω, κάτι που ονομάζεται

εμφανίζεται συντονισμός περιστροφικής τροχιάς

.

Οι συντονισμοί περιστροφικής τροχιάς μπορούν να προκαλέσουν αυτές τις παραλλαγές λοξότητας, δηλαδή όταν ένας πλανήτης ταλαντεύεται στον άξονά του. Σκεφτείτε να σπρώξετε ένα παιδί σε μια κούνια. Όταν πιέζετε ακριβώς την κατάλληλη στιγμή –ή στη συχνότητα συντονισμού– θα αιωρούνται όλο και πιο ψηλά.

Ο Άρης ταλαντεύεται περισσότερο στον άξονά του από ό,τι η Γη, παρόλο που οι δύο έχουν την ίδια κλίση, και αυτό στην πραγματικότητα έχει να κάνει με τη Σελήνη που περιφέρεται γύρω από τη Γη. Η Γη και ο Άρης έχουν α

παρόμοια συχνότητα μετάπτωσης σπιν

που ταιριάζει με την τροχιακή ταλάντωση – τα συστατικά για έναν συντονισμό περιστροφικής τροχιάς.

Αλλά η Γη έχει μια τεράστια Σελήνη, η οποία έλκει τον άξονα περιστροφής της Γης και την οδηγεί να προχωρά πιο γρήγορα. Αυτή η ελαφρώς ταχύτερη μετάπτωση το

εμπ

οδίζει να βιώσει συντονισμούς τροχιάς περιστροφής. Έτσι, η Σελήνη σταθεροποιεί την λοξότητα της Γης και η Γη δεν ταλαντεύεται στον άξονά της όσο ο Άρης.

Εποχές εξωπλανητών

Χιλιάδες εξωπλανήτες,

ή πλανήτες εκτός του ηλιακού μας συστήματος, έχουν ανακαλυφθεί τις τελευταίες δεκαετίες. Η ερευνητική μου ομάδα ήθελε να καταλάβει πόσο κατοικήσιμοι είναι αυτοί οι πλανήτες και αν αυτοί οι εξωπλανήτες έχουν επίσης άγριες λοξές γραμμές ή αν έχουν φεγγάρια για να τους σταθεροποιήσουν όπως η Γη.

Για να το διερευνήσει αυτό, η ομάδα μου οδήγησε την πρώτη έρευνα στις

οι παραλλαγές του άξονα σπιν

των εξωπλανητών.

Ερευνήσαμε

Kepler-186f

ο οποίος είναι ο πρώτος πλανήτης που ανακαλύφθηκε στο μέγεθος της Γης σε κατοικήσιμη ζώνη.

Η κατοικήσιμη ζώνη

είναι μια περιοχή γύρω από ένα αστέρι όπου μπορεί να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια του πλανήτη και η ζωή μπορεί να είναι σε θέση να αναδυθεί και να ευδοκιμήσει.

Σε αντίθεση με τη Γη, το Kepler-186f βρίσκεται μακριά από τους άλλους πλανήτες του ηλιακού του συστήματος. Ως αποτέλεσμα, αυτοί οι άλλοι πλανήτες έχουν μόνο μια ασθενή επίδραση στην τροχιά και την κίνησή του. Έτσι, Kepler-186f γενικά

έχει σταθερή λοξότητα

, παρόμοια με τη Γη. Ακόμη και χωρίς μεγάλο φεγγάρι, δεν έχει έντονα μεταβαλλόμενες ή απρόβλεπτες εποχές όπως ο Άρης.

Προσβλέποντας στο μέλλον, περισσότερη έρευνα στους εξωπλανήτες θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς μοιάζουν οι εποχές σε όλη την τεράστια ποικιλία των πλανητών στο σύμπαν.

Αποποίηση ευθύνης: Ο Gongjie Li λαμβάνει χρηματοδότηση από τη NASA.