Beyond the Local: de aarde is niet de enige planeet met seizoenen, maar op andere werelden kunnen ze er heel anders uitzien

Het volgende artikel is geschreven door Gongji Lee, Georgia Instituut van Technologie Oorspronkelijk verschenen op Gesprek Met toestemming wordt het hier gepubliceerd:

Lente, zomer, herfst, winter: de seizoenen op aarde veranderen elke paar maanden, elk jaar rond dezelfde tijd. Het is gemakkelijk om deze cyclus hier op aarde als vanzelfsprekend te beschouwen, maar niet elke planeet kent een regelmatige seizoenswisseling. Dus waarom heeft de aarde regelmatige seizoenen, terwijl andere planeten dat niet hebben?

Ik ben een astrofysicus Die de beweging van de planeten en de oorzaken van de seizoenen bestudeert. Tijdens mijn onderzoek ontdekte ik dat het regelmatige patroon van de seizoenen op aarde uniek is. de De rotatie-as waarop de aarde draaitlangs de Noord- en Zuidpool, Niet volledig compatibel Met een verticale as loodrecht op de baan van de aarde rond de zon.

Deze lichte kanteling heeft grote gevolgen voor alles, van seizoenen tot gletsjercycli. De omvang van deze kanteling kan bepalen of een planeet bewoonbaar is of niet.

Seizoenen op aarde

Wanneer een planeet een perfecte uitlijning heeft tussen de as waar hij om draait en de rotatie-as, is de hoeveelheid zonlicht die hij ontvangt constant terwijl hij rond de zon draait – ervan uitgaande dat zijn baanvorm een ​​cirkel is. Omdat de seizoenen voortkomen uit verschillen in de hoeveelheid zonlicht die het planeetoppervlak bereikt, zou een perfect uitgelijnde planeet geen seizoenen hebben. Maar de aarde is niet perfect uitgelijnd op zijn as.

Deze kleine onbalans, genaamd helling, is… Ongeveer 23 graden Van verticaal tot op de grond. Daarom wordt het noordelijk halfrond tijdens de zomer intensiever blootgesteld aan zonlicht, wanneer de zon directer boven het noordelijk halfrond staat.

Terwijl de aarde rond de zon blijft draaien, neemt de hoeveelheid zonlicht die het noordelijk halfrond ontvangt geleidelijk af naarmate het noordelijk halfrond van de zon af kantelt. Dit veroorzaakt winter.

De planeten die om hun as draaien en rond de zon draaien, zien eruit als een soort tollen, die roteren en zwaaien als gevolg van de zwaartekracht van de zon. Wanneer de bovenkant draait, merk je misschien dat deze niet helemaal recht en stabiel blijft. In plaats daarvan kan het iets gaan kantelen of wiebelen. Deze kanteling is wat astrofysici een kanteling noemen Het initiatief draait.

Vanwege deze oscillaties is de kanteling van de aarde niet volledig constant. Deze kleine verschillen in helling kunnen optreden Aanzienlijke effecten op het klimaat op aarde In combinatie met kleine veranderingen in de vorm van de baan van de aarde.

De oscillerende kanteling en alle natuurlijke veranderingen in de vorm van de baan van de aarde kunnen de hoeveelheid en verdeling van het zonlicht dat de aarde bereikt, veranderen. Deze kleine veranderingen dragen bij aan grotere verschuivingen in de temperatuur op aarde over duizenden tot honderdduizenden jaren. Dit kan op zijn beurt Snelle ijstijden en warme periodes.

Afwijkingen vertalen naar seizoenen

Dus hoe beïnvloeden kantelverschillen de seizoenen op de planeet? Lage inclinatie, wat betekent dat de rotatie-as in lijn is met de richting van de planeet terwijl deze om de zon draait. Leidt tot Zonlicht is het sterkst op de evenaar en zonlicht is laag nabij de pool, net als op aarde.

Aan de andere kant is er een grote kanteling – wat betekent dat de rotatie-as van de planeet naar de zon toe of van de zon af wijst – Leidt tot Extreem warme of koude kolommen. Tegelijkertijd wordt de evenaar koud, omdat de zon niet het hele jaar door over de evenaar schijnt. Dit resulteert in sterk variërende seizoenen op hoge breedtegraden en lagere temperaturen aan de evenaar.

Wanneer de helling van een planeet meer dan 54 graden bedraagt, wordt de evenaar van die planeet ijskoud De paal wordt warm. Dit heet Omgekeerde verdelingDit is het tegenovergestelde van wat de aarde heeft.

Kortom, als de kanteling grote, onvoorspelbare variaties kent, worden de seizoensveranderingen van de planeet wild en moeilijk te voorspellen. Een grote, dramatische verandering in de kanteling zou de hele planeet in een sneeuwbal kunnen veranderen. Waar alles bedekt is met ijs.

Orbitale resonanties draaien

De meeste planeten zijn niet de enige planeten in hun zonnestelsel. Hun planetaire broers en zussen kunnen elkaars banen verstoren, wat kan leiden tot verschillen in de vorm van hun banen en orbitale hellingen.

Planeten in een baan zien er dus uit als tollen op het dak van een auto die de weg raakt, waarbij de auto het baanvlak voorstelt. Wanneer de snelheid – of frequentie zoals wetenschappers het noemen – waarmee de toppen vooruit bewegen of roteren, overeenkomt met de frequentie waarmee de auto op en neer hobbelt, wordt er iets genoemd Orbitale resonantie Het is aan het gebeuren.

s kunnen deze verschillen in kanteling veroorzaken, die optreden wanneer de planeet om zijn as draait. Denk aan het duwen van een kind op een schommel. Als je er precies op het juiste moment op slaat – of op de resonantiefrequentie – zal het steeds hoger oscilleren.

Mars wiebelt meer om zijn as dan de aarde, hoewel ze allebei ongeveer evenveel gekanteld zijn, en dit houdt feitelijk verband met de rotatie van de maan rond de aarde. De aarde en Mars hebben het De rotatieprecessiefrequentie is vergelijkbaarwat overeenkomt met de orbitale oscillatie – orbitale resonantiecomponenten.

Maar de aarde heeft een enorme maan, die aan de rotatie-as van de aarde trekt en ervoor zorgt dat deze sneller beweegt. Deze iets snellere beweging voorkomt dat hij spin-orbit-echo's ervaart. Daarom stabiliseert de maan de kanteling van de aarde en zwaait de aarde niet zo veel om haar as als Mars.

Exoplaneet-seizoenen

Duizenden exoplanetenOf planeten buiten ons zonnestelsel, die de afgelopen decennia zijn ontdekt. Mijn onderzoeksteam wilde begrijpen hoe bewoonbaar deze planeten zijn, of deze exoplaneten ook extreme excentriciteiten hebben, of dat ze manen hebben die ze net als de aarde stabiliseren.

Om deze kwestie te onderzoeken leidde mijn groep het eerste onderzoek Verschillen in de rotatie-as van exoplaneten.

Wij onderzoeken Kepler-186fHet is de eerste planeet ter grootte van de aarde die in een bewoonbare zone is ontdekt. Bewoonbare zone Het is een gebied rond een ster waar vloeibaar water op het oppervlak van de planeet kan voorkomen en waar leven kan verschijnen en bloeien.

In tegenstelling tot de aarde bevindt Kepler-186f zich ver van de andere planeten in zijn zonnestelsel. Als gevolg hiervan hebben deze andere planeten slechts een zwakke invloed op hun baan en beweging. Dus Kepler 186f in het algemeen Het heeft een vaste helling, vergelijkbaar met de aarde. Zelfs zonder een grote maan kent het geen variabele of onvoorspelbare seizoenen zoals Mars.

Kijkend naar de toekomst zal meer onderzoek naar exoplaneten wetenschappers helpen begrijpen hoe seizoenen er uitzien in de enorme diversiteit aan planeten in het universum.

Gongji LeeUniversitair docent natuurkunde, Georgia Instituut van Technologie

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Gesprek Onder Creative Commons-licentie. Lees de Origineel artikel.