新しい研究は、この一見「小さい」赤い惑星が、地球の長期的な気候変動において予想よりもはるかに大きな役割を果たしている可能性があることを示しています。カリフォルニア大学リバーサイド校の惑星天体物理学の教授であるスティーブン・ケインは、数値シミュレーションを通じて、地球の軌道パラメータと自転軸の傾きの変化に対する火星の重力の影響が、氷河期の出現と終焉の時間スケールを含む多くの重要な気候リズムに直接影響を与えていることを発見しました。
火星の直径は地球の約半分にすぎず、質量は地球の約10分の1です。それは常に「軽量」惑星とみなされてきました。これまでの研究では、地球の海底堆積物に記録されている特定の気候リズムが火星の重力擾乱に関連していることが示唆されている。この見解にはかつて疑問が投げかけられました。ケイン氏は当初、火星の衝突は「非常に弱く」、地質学的記録で明確に特定することさえ難しいと考えていたことを認めた。この研究は、彼の当初の疑惑をある程度検証するものでした。
この目的を達成するために、研究チームは太陽系の長期動的モデルを構築し、地球の軌道形状と自転軸の傾きの時間の経過に伴う進化をシミュレートしました。これらのゆっくりとした、しかし継続的な変化は、地表における太陽光の空間的および時間的分布を決定し、有名な「ミランコビッチ サイクル」の物理的基礎となります。ミランコビッチ周期は氷河期と密接に関係しており、数万年から数百万年規模の温暖気候と寒冷気候の交代を支配している。過去約 45 億年にわたって、地球は少なくとも 5 回の大氷河期を経験しており、そのうちの最も新しい氷河期は約 260 万年前に始まり、現在も続いています。
研究では、主に木星と土星の引力によって駆動される約43万年の気候サイクルの1つが、火星の存在に関係なくシミュレーションで保存されたことが示された。しかし、火星がモデルから「削除」されると、他の 2 つの重要なリズム (1 つは約 10 万年周期、もう 1 つは約 230 万年周期) が完全に消えてしまいました。シミュレーションで火星の質量が増加すると、これら 2 つの期間は短縮され、火星の質量が大きくなるほど、地球の軌道と気候への影響が強くなることがわかります。
これらの長期サイクルは、地球の軌道の離心率、地球の近日点のタイミング、自転軸の傾きの変化などの重要なパラメータに影響を与えます。それらは、さまざまな季節のさまざまな緯度で受ける太陽放射の強さを決定し、それによって氷床の拡大と後退、およびより広範な長期的な気候パターンに影響を与えます。ケイン氏の結果は、火星が上記の関連性の多くにおいて定量化可能な役割を果たしており、「重要でない」わけではないことを示している。同氏は、火星はより遠くを公転し、太陽の重力の支配が比較的弱いため、地球上の火星の重力擾乱はより「顕著」であり、「大きさを超えた影響」であると言えると指摘した。
さらに驚くべきことは、火星の質量の変化により、地球の自転軸の傾きの変化率も変化するということです。地球の公転面に対する地球の自転軸の現在の傾きは約 23.5 度であり、この角度は長い時間スケールにわたってゆっくりと変動します。シミュレーションによると、火星の質量が増加すると、地軸に「スタビライザーを追加」するのと同様に、地球の傾きの変化率が減少します。研究チームは、これは火星が軌道形状に乱れを与えるだけでなく、地球の自転姿勢にある程度の安定化要因を与えていることを意味すると考えている。
この研究論文は、「Publications of the Astronomical Society of the Pacific」(Publications of the Astronomical Society of the Pacific) に「The dependence of Earth Milankovitch Cycles on Martian Mass」として掲載されました。この論文は、地球の軌道の進化に対する火星の具体的な貢献を定量化するだけでなく、系外惑星学のより広範な重要性も示唆している。つまり、他の恒星系では、ハビタブルゾーンの外側に位置する低質量の「系外惑星」も、地球に似た惑星の気候の安定性を密かに形作っている可能性があるという。
ケイン氏は、天文学者が他の星の周囲のハビタブルゾーンで地球に似た惑星を発見した場合、その惑星そのものにだけ注目することはできないと述べた。その外側の軌道に火星に似た小惑星があるかどうかは、この地球に似た惑星の軌道リズムと自転の安定性に直接影響を与え、それによってその気候環境が生命の長期生存に適しているかどうかに影響を与える。
研究は、地球自体の歴史についての「代替仮説」を導き出さずにはいられません。氷河期は、地質学的歴史の中で生態学的パターンを何度も書き換え、森林が縮小し草原が拡大し、直立歩行、道具の使用、社会的協力などの一連の重要な進化的変化を引き起こしました。火星がなければ、地球の軌道はいくつかの重要な気候サイクルを逃すことになります。人間と他の種の進化の道筋はまったく異なるものになるのかどうか、さらには「私たちが今のように存在し続けるのかどうか」さえも、問う価値のある未解決の疑問となっている。