木星和金星每隔40.5萬年改變地球的運行軌道

2020-12-14 天文在線

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地球科學家普遍認為我們的星球會周期性地經歷劇烈的氣候變化。在過去的兩億年的時間裡,地球經歷了四次劇烈的地質變化(三疊紀、侏羅紀、白堊紀和新生代)和冰河時代(第四季冰川作用),所有的地質運動變化都給生命帶來了巨大的影響,同時也影響了物種的進化。

圖解:末次冰期最盛期地球的藝術想像圖

幾十年來,地理學家一直嘗試去探尋由木星和金星每隔40.5萬年對地球運行軌道的部分變化而產生的變化原因。但是直到一個由地理學家和地球科學家組成的小組才發現這種變化的切確證據-沉積物和巖心樣本,這些樣本與沉積物變化的發生方式和發生時間為研究提供了地質記錄。

來自羅格斯大學-新不倫瑞克分校的理事會教授,包括來自拉蒙特-多爾蒂地球天文臺、伯克利地質年代學中心、亞利桑那州石化森林國家公園和多所大學的成員在美國國家科學院院刊上發表了他們的研究報告:「40.5萬年木星-金星偏心周期在數億年內穩定的經驗證據」。

圖解:丹尼斯-肯特教授展示了從亞利桑那國家石化公園所獲得的1700英寸巖心部分樣本。資料來源:尼克·羅曼年科/羅格斯大學。

如前所述的一樣,地球在其氣候中經歷周期性變化(這與地球軌道的變化有關)的觀點已經被接受了近一個世紀。這些變化包括米蘭科維奇循環,它包括地球軌道偏心率的100000年周期變化,地軸相對於軌道平面傾斜41000年周期變化,以及由行星軸的變化引起的21000年周期變化。

再加上40.5萬年周期對木星和金星的重力的影響,這些影響導致了地球的部分地區的接受太陽能的變化,這些太陽能的變化反過來影響地球的氣候。基於化石記錄,這些周期也對地球的生命產生了深遠的影響,很有可能對物種的進化有影響。正如本特教授在羅格斯大學所聲明的一樣:

氣候的周期與地球圍繞太陽運行的軌道有直接關係,陽光在到達地球的微小差異會導致氣候和生態環境的變化。地球軌道從完美的近圓形到每隔40.5萬年會有約百分之五的拉伸。

為了驗證他們的研究,肯特教授和他的同事從紐瓦克盆地採集了一些沉積物樣本,這是一個跨越了大部分新澤西州的史前時代湖泊。同時也從亞利桑那州石化深林國家公園地層採集了一塊長約518米(1700英尺)長,直徑6.35(2.5英寸)釐米的巖心樣本,這塊巖心樣本可以追溯到三疊紀時代——約2.02億至2.53億年前。

圖解:在亞利桑那州石化國家深林公園的巖石樣本中,科學家發現了地球運行軌道的規律變化影響了氣候變化。資料來源:凱文 拉蒙特-多爾蒂地球觀測站

研究小組將地球磁場的倒轉-北極和南極互換位置-與有無鋯石(含鈾的礦物,允許放射性年代測定)的沉積物以及地質記錄中的氣候周期聯繫起來。這些實驗數據表明,40.5萬年的周期是與地球每年圍繞太陽公轉的軌道有關的規律的天文模式。

正如肯特教授說闡述的一樣,研究結果進一步顯示這個周期在數億年的時間仍然保持穩定性和活躍性。

圖解:在亞利桑那州石化森林國家公園的古老巖石中,科學家們已經發現了影響氣候的地球軌道規律變化的跡象。圖片提供:凱文·克拉吉克/拉蒙特·多爾蒂地球觀測臺

這是一個令人震驚的結果,因為它的周期太長了,通過五千萬年之前的大量恆星運動就可以預測出來,已經存在了至少兩億一千五百萬年。科學家現在能夠以一種精確的方式把氣候變化、環境、恐龍、哺乳動物和化石與這個40.5萬年的周期起來。

在此之前,天文學家能夠準確可靠計算大約五千萬年中出現的周期,但是他們發現這個問題太複雜了因為涉及到許多恆星的運動變化。在宇宙中存在其他更短的軌道周期,但是當你回望過去的時候,你根本不知道在什麼時間你在處理哪一個,因為它一直隨著時間的變化而變化。

圖解:大約在超級泛大陸時期(3億-2.5億年之前)。資料來源:美國亞利桑那大學/羅恩-艾特

此外,科學家們也無法獲得地球磁場在三疊紀晚期(約2010.3 - 2.37億年前)的3000萬年裡發生逆轉的準確日期。這是陸地生命進化的關鍵時期,因為那是泛大陸分裂的時候,也是恐龍和哺乳動物首次出現的時候。

這種分裂導致了大西洋的形成和大陸漂移,同時在影響恐龍的時期結束時發生了大規模滅絕事件。有了這些新的證據,地質學家、古生物學家和地球科學家將能夠制定出非常精確的時間線,並準確地對這一時期的化石證據進行分類。

這項研究,以及建立精確的地質和氣候年表的能力,可以追溯到2億年前,肯定會產生巨大的影響。不僅氣候研究將從中受益,而且我們對生命,甚至我們的太陽系如何進化的理解也將從中受益。由此產生的結果可能包括更好地理解生命是如何在其他恆星系統中出現的。

畢竟,如果我們對太陽系外生命的探索可以歸結為我們對地球上生命的了解,那麼更多地了解地球上的生命是如何進化的,就能更好地找到地外的生命。

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3.universetoday-星火夜行

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