Άνοιξη, καλοκαίρι, φθινόπωρο και χειμώνας – Οι εποχές της Γης αλλάζουν κάθε λίγους μήνες, περίπου την ίδια ώρα κάθε χρόνο. Είναι εύκολο να θεωρήσουμε αυτόν τον κύκλο ως δεδομένο εδώ στη Γη, αλλά δεν αλλάζουν τακτικά οι εποχές σε κάθε πλανήτη. Γιατί η Γη έχει κανονικές εποχές ενώ άλλοι πλανήτες όχι;
Είμαι αστροφυσικός και ερευνώ την κίνηση των πλανητών και τις αιτίες των εποχών. Κατά τη διάρκεια της έρευνάς μου, ανακάλυψα ότι το κανονικό μοτίβο των εποχών στη Γη είναι μοναδικό. Ο άξονας περιστροφής γύρω από τον οποίο περιστρέφεται η Γη κατά μήκος του Βόρειου και Νότιου Πόλου δεν είναι πλήρως ευθυγραμμισμένος με τον κάθετο άξονα που είναι κάθετος στην τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο.
Αυτή η μικρή κλίση έχει σημαντικές επιπτώσεις σε όλα, από τις εποχές έως τους κύκλους των παγετώνων. Η έκταση αυτής της κλίσης μπορεί ακόμη και να καθορίσει εάν ένας πλανήτης είναι κατάλληλος για ζωή.
Εποχές στη Γη
Εάν ένας πλανήτης έχει τέλεια ευθυγράμμιση μεταξύ του άξονα στον οποίο περιφέρεται και του άξονα περιστροφής, η ποσότητα του ηλιακού φωτός που δέχεται κατά τη διάρκεια της τροχιάς του γύρω από τον Ήλιο είναι σταθερή – υποθέτοντας ότι η τροχιά του είναι κύκλος. Δεδομένου ότι οι εποχές δημιουργούνται από το πόσο ηλιακό φως φτάνει στην επιφάνεια του πλανήτη, δεν θα υπήρχαν εποχές σε έναν πλανήτη με τέλεια ευθυγράμμιση. Αλλά η Γη δεν είναι τέλεια ευθυγραμμισμένη στον άξονά της.
Αυτή η μικρή κακή ευθυγράμμιση, που ονομάζεται λοξότητα, είναι περίπου 23 μοίρες από την κατακόρυφο για τη Γη. Επομένως, η ηλιακή ακτινοβολία στο βόρειο ημισφαίριο είναι πιο έντονη το καλοκαίρι 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 περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο, μοιάζουν με κορυφές – περιστρέφονται και ταλαντεύονται λόγω της βαρυτικής έλξης του ήλιου. Καθώς η κορυφή περιστρέφεται, μπορεί να παρατηρήσετε ότι δεν μένει απλώς όρθια και ακίνητη. Αντίθετα, μπορεί να αρχίσει να γέρνει ή να ταλαντεύεται ελαφρά. Οι αστροφυσικοί ονομάζουν αυτή την τάση μετάπτωση περιστροφής.
Εξαιτίας αυτών των διακυμάνσεων, η κλίση της Γης δεν είναι τέλεια σταθερή. Αυτές οι μικρές διακυμάνσεις στην κλίση μπορούν να έχουν μεγάλες επιπτώσεις στο κλίμα της Γης όταν συνδυάζονται με μικρές αλλαγές στο σχήμα της τροχιάς της Γης.
Η κυμαινόμενη κλίση και τυχόν φυσικές διακυμάνσεις 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 σε μεγαλύτερες αλλαγές θερμοκρασίας στον πλανήτη κατά τη διάρκεια χιλιάδων έως εκατοντάδων χιλιάδων ετών. Αυτό με τη σειρά του μπορεί να προκαλέσει εποχές παγετώνων και θερμές περιόδους.
Μετάφραση της λοξότητας σε εποχές
Πώς επηρεάζουν οι παραλλαγές της κλίσης 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, με αποτέλεσμα περισσότερο ηλιακό φως στον ισημερινό και πολύ λίγο ηλιακό φως κοντά στους πόλους, όπως στη Γη.
Από την άλλη πλευρά, η υψηλή λοξότητα —δηλαδή, ο άξονας περιστροφής του πλανήτη δείχνει προς ή μακριά από τον ήλιο — οδηγεί σε εξαιρετικά θερμούς ή ψυχρούς πόλους. Ταυτόχρονα, κάνει κρύο στον ισημερινό επειδή ο ήλιος δεν λάμπει πάνω από τον ισημερινό όλο το χρόνο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα δραστικά διαφορετικές 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 πόλος γίνεται ζεστός. Αυτό ονομάζεται αντίστροφη ζώνη και είναι το αντίθετο από αυτό που έχει η Γη.
Όταν μια κλίση παρουσιάζει μεγάλες και απρόβλεπτες διακυμάνσεις, οι εποχιακές διακυμάνσεις του πλανήτη γίνονται θεμελιωδώς άγριες και δύσκολο να προβλεφθούν. Μια δραματική, μεγάλη παραλλαγή κλίσης μπορεί να μετατρέψει ολόκληρο τον πλανήτη σε μια χιονόμπαλα πλήρως καλυμμένη με πάγο.
Συντονισμοί τροχιάς περιστροφής
Οι περισσότεροι πλανήτες δεν είναι οι μόνοι πλανήτες στο ηλιακό τους σύστημα. Τα πλανητικά αδέρφια τους μπορούν να παρεμβαίνουν ο ένας στις τροχιές 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, με το αυτοκίνητο να αντιπροσωπεύει το τροχιακό επίπεδο. Όταν η ταχύτητα —ή η συχνότητα, όπως την αποκαλούν οι επιστήμονες— στην οποία οι κορυφές προχωρούν ή περιστρέφονται, ταιριάζει με τη συχνότητα με την οποία το αυτοκίνητο κινείται πάνω-κάτω, εμφανίζεται κάτι που ονομάζεται συντονισμός τροχιάς περιστροφής.
Οι συντονισμοί περιστροφικής τροχιάς μπορούν να προκαλέσουν αυτές τις διακυμάνσεις της κλίσης καθώς ένας πλανήτης ταλαντεύεται στον άξονά του. Σκεφτείτε να σπρώξετε ένα παιδί σε μια κούνια. Εάν πατήσετε ακριβώς την κατάλληλη στιγμή – ή στη συχνότητα συντονισμού – θα δονούνται όλο και πιο ψηλά.
Ο Άρης ταλαντεύεται περισσότερο στον άξονά του από ό,τι η Γη, παρόλο που και οι δύο έχουν την ίδια κλίση, και αυτό στην πραγματικότητα έχει να κάνει με το φεγγάρι που περιστρέφεται γύρω από τη Γη. Η Γη και ο Άρης έχουν παρόμοια συχνότητα μετάπτωσης σπιν, σύμφωνη με την τροχιακή ταλάντωση – τα συστατικά για τον συντονισμό περιστροφής-τροχιάς.
Αλλά η Γη έχει ένα τεράστιο φεγγάρι που έλκει τον άξονα περιστροφής της Γης, οδηγώντας το προς την ταχύτερη μετάπτωση. Αυτή η ελαφρώς ταχύτερη μετάπτωση αποτρέπει την εμφάνιση συντονισμών περιστροφικής τροχιάς. Έτσι το φεγγάρι σταθεροποιεί την κλίση της Γης και η Γη δεν ταλαντεύεται στον άξονά της όσο ο Άρης.
Εποχές εξωπλανητών
Τις τελευταίες δεκαετίες, χιλιάδες εξωπλανήτες, δηλαδή πλανήτες εκτός του ηλιακού μας συστήματος, έχουν ανακαλυφθεί. Η ερευνητική μου ομάδα ήθελε να καταλάβει πόσο κατοικήσιμοι είναι αυτοί οι πλανήτες και αν αυτοί οι εξωπλανήτες έχουν επίσης άγριες πλαγιές ή αν, όπως η Γη, έχουν φεγγάρια που τους σταθεροποιούν.
Για να το διερευνήσει αυτό, η ομάδα μου διεξήγαγε την πρώτη μελέτη των παραλλαγών του άξονα περιστροφής των εξωπλανητών.
Μελετήσαμε το Kepler-186f, τον πρώτο πλανήτη σε μέγεθος Γης που ανακαλύφθηκε 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 αναδυθεί και να ευδοκιμήσει.
Σε αντίθεση με τη Γη, το Kepler-186f βρίσκεται μακριά από τους άλλους πλανήτες του ηλιακού του συστήματος. Επομένως, αυτοί οι άλλοι πλανήτες έχουν μόνο μια ασθενή επιρροή στην τροχιά και την κίνησή τους. Επομένως, το Kepler-186f έχει γενικά μια σταθερή κλίση, παρόμοια με τη Γη. Ακόμη και χωρίς μεγάλο φεγγάρι, δεν έχει τρελά μεταβαλλόμενες ή απρόβλεπτες εποχές όπως ο Άρης.
Στο μέλλον, περαιτέρω έρευνα σε εξωπλανήτες θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς μοιάζουν οι εποχές στη μεγάλη ποικιλία πλανητών στο σύμπαν.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας.
Το έγραψε ο: Gongjie Li, Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Γεωργίας.
Διαβάστε περισσότερα:
Ο Gongjie Li λαμβάνει χρηματοδότηση από τη NASA.