La Terra non è l'unico pianeta con le stagioni, ma queste possono apparire molto diverse su altri mondi

Primavera, estate, autunno, inverno: le stagioni sulla Terra cambiano ogni pochi mesi, più o meno nello stesso periodo ogni anno. È facile dare per scontato questo ciclo qui sulla Terra, ma non tutti i pianeti hanno un cambio stagionale regolare. Allora perché la Terra ha stagioni regolari mentre gli altri pianeti no?

Sono un astrofisico Che studia il movimento dei pianeti e le cause delle stagioni. Durante la mia ricerca, ho scoperto che lo schema regolare delle stagioni sulla Terra è unico. L'asse di rotazione della Terra attorno al quale ruota, lungo i Poli Nord e Sud, Non completamente compatibile Con un asse verticale perpendicolare all'orbita della Terra attorno al Sole.

Questa leggera inclinazione ha grandi implicazioni per tutto, dalle stagioni ai cicli glaciali. L’entità di questa inclinazione può determinare se un pianeta è abitabile o meno.

Le stagioni sulla Terra

Quando un pianeta ha un perfetto allineamento tra l'asse attorno al quale ruota e l'asse di rotazione, la quantità di luce solare che riceve è costante mentre orbita attorno al Sole, supponendo che la sua forma orbitale sia un cerchio. Poiché le stagioni derivano dalle differenze nella quantità di luce solare che raggiunge la superficie del pianeta, un pianeta perfettamente allineato non avrebbe stagioni. Ma la Terra non è perfettamente allineata sul suo asse.

Questo piccolo squilibrio, chiamato pendenza, è… Circa 23 gradi Dalla verticale al suolo. Pertanto, l'emisfero settentrionale è esposto alla luce solare più intensamente durante l'estate, quando il sole è più direttamente sopra l'emisfero settentrionale.

Quindi, mentre la Terra continua a orbitare attorno al Sole, la quantità di luce solare ricevuta dall’emisfero settentrionale diminuisce gradualmente man mano che l’emisfero settentrionale si inclina in direzione opposta al Sole. Ciò provoca l'inverno.

I pianeti che ruotano sul loro asse e orbitano attorno al Sole sembrano una sorta di trottole, che ruotano e oscillano a causa dell'attrazione gravitazionale del Sole. Quando il piano ruota, potresti notare che non rimane completamente dritto e stabile. Potrebbe invece iniziare a inclinarsi o oscillare leggermente. Questa inclinazione è ciò che gli astrofisici chiamano inclinazione L'iniziativa ruota.

A causa di queste oscillazioni, l'inclinazione della Terra non è del tutto costante. Possono verificarsi queste piccole differenze di pendenza Effetti significativi sul clima terrestre Se combinato con piccoli cambiamenti nella forma dell'orbita terrestre.

L'inclinazione oscillante e qualsiasi cambiamento naturale nella forma dell'orbita terrestre possono modificare la quantità e la distribuzione della luce solare che raggiunge la Terra. Questi piccoli cambiamenti contribuiscono a cambiamenti più grandi nelle temperature del pianeta nel corso di migliaia o centinaia di migliaia di anni. Ciò può, a sua volta, Ere glaciali e periodi caldi.

Tradurre la deviazione in stagioni

Quindi, in che modo le differenze di inclinazione influenzano le stagioni del pianeta? Bassa inclinazione, il che significa che l'asse di rotazione è in linea con la direzione del pianeta mentre orbita attorno al Sole. Porta a La luce solare è più forte all'equatore e la luce solare è bassa vicino al polo come sulla Terra.

D'altra parte, c'è una grande inclinazione – il che significa che l'asse di rotazione del pianeta punta verso o lontano dal Sole – Porta a Colonne estremamente calde o fredde. Allo stesso tempo, l'equatore diventa freddo, poiché il sole non splende sopra l'equatore tutto l'anno. Ciò si traduce in stagioni molto variabili alle alte latitudini e temperature più basse all’equatore.

Quando l'inclinazione di un pianeta è superiore a 54 gradi, l'equatore di quel pianeta diventa ghiacciato e Il polo diventa caldo. Questo è chiamato Divisione inversaQuesto è l’opposto di ciò che ha la Terra.

Fondamentalmente, se l’inclinazione presenta variazioni ampie e imprevedibili, i cambiamenti stagionali del pianeta diventano selvaggi e difficili da prevedere. Un cambiamento ampio e drammatico nell’inclinazione potrebbe trasformare l’intero pianeta in una palla di neve. Dove è tutto coperto di ghiaccio.

Le risonanze orbitali ruotano

La maggior parte dei pianeti non sono gli unici pianeti nel loro sistema solare. I loro fratelli planetari possono disturbare le rispettive orbite, il che può portare a differenze nella forma delle loro orbite e nelle inclinazioni orbitali.

Quindi, i pianeti in orbita sembrano trottole sul tetto di un'auto che colpisce la strada, con l'auto che rappresenta il piano orbitale. Quando la velocità – o la frequenza come la chiamano gli scienziati – con cui le capote avanzano o ruotano, corrisponde alla frequenza con cui l'auto sobbalza su e giù, qualcosa chiamato Risonanza orbitale Sta succedendo.

Le risonanze nell'orbita di rotazione possono causare queste differenze di inclinazione, che si verificano quando il pianeta oscilla sul proprio asse. Pensa a spingere un bambino su un'altalena. Quando lo colpisci al momento giusto, o alla frequenza di risonanza, oscillerà sempre più in alto.

Marte oscilla maggiormente sul suo asse rispetto alla Terra, sebbene entrambi siano inclinati all'incirca nella stessa misura, e questo è in realtà correlato alla rotazione della Luna attorno alla Terra. La Terra e Marte ce l'hanno La frequenza di precessione della rotazione è simileche corrisponde all'oscillazione orbitale – componenti di risonanza orbitale.

Ma la Terra ha un’enorme luna, che attira l’asse di rotazione terrestre e la fa muovere più velocemente. Questo movimento leggermente più veloce gli impedisce di sperimentare echi di spin-orbita. Pertanto, la Luna stabilizza l'inclinazione della Terra e la Terra non oscilla sul proprio asse tanto quanto Marte.

Le stagioni degli esopianeti

Negli ultimi decenni sono stati scoperti migliaia di esopianeti, o pianeti al di fuori del nostro sistema solare. Il mio gruppo di ricerca voleva capire quanto siano abitabili questi pianeti, se anche questi esopianeti abbiano eccentricità estreme o se abbiano lune che li stabilizzano come la Terra.

Per indagare su questa questione, il mio gruppo ha condotto la prima indagine Differenze nell'asse di rotazione degli esopianeti.

Investighiamo Keplero-186fÈ il primo pianeta delle dimensioni della Terra scoperto in una zona abitabile. Una zona abitabile è una regione attorno a una stella in cui potrebbe esistere acqua liquida sulla superficie del pianeta e la vita potrebbe emergere e fiorire.

A differenza della Terra, Kepler-186f si trova lontano dagli altri pianeti del suo sistema solare. Di conseguenza, questi altri pianeti hanno solo una debole influenza sulla loro orbita e sul loro movimento. Quindi, Kepler 186f nel complesso Ha una pendenza fissa, simile alla Terra. Anche senza una grande luna, non ha stagioni variabili o imprevedibili come Marte.

Guardando al futuro, ulteriori ricerche sugli esopianeti aiuteranno gli scienziati a capire come appaiono le stagioni nell’enorme diversità di pianeti dell’universo.