Сонячна система знаходиться в Чумацькому Шляху, повз неї постійно рухаються зірки, які своїм гравітаційним полем можуть впливати на ексцентриситет Землі. Виявилося, що такий вплив багато в чому керує кліматом нашої планети і навіть забезпечив найтеплішу епоху в її історії.
Земля рухається навколо Сонця майже по колу. Відхилення від ідеальної траєкторії руху оцінюється за допомогою ексцентриситету (е), який набуває значення від нуля (коло) до одиниці (витягнутий еліпс). У нашої планети ступінь відхилення від кола дорівнює 0,0167, лідер Сонячної системи Меркурій з e = 0,2056. Завдяки відносно невеликому ексцентриситету Землі немає великого перепаду температур протягом року.
За останні 30-40 років комп'ютерне моделювання допомогло астрофізикам у вивченні орбітальної еволюції планет Сонячної системи, відсунувши обрій дослідження на мільйони років тому. Однак разом із збільшенням доступного відрізку часу зросла кількість умов, що впливають на точність результатів. Гравітаційні поля планет-гігантів та астероїдів, що діють на планети Сонячної системи, — одна з головних умов, зазначена вченими.
Двоє астрофізиків опублікували в Astrophysical Journal Letters дослідження, в якому розрахували, як зірки за межами Сонячної системи впливають на ексцентриситет Землі. Автори вказують на те, що у попередніх роботах дослідники розглядали Сонячну систему як ізольовану. Ця умова помилкова, оскільки Сонячна система знаходиться в Чумацькому Шляху.
Астрофізики використовували модифіковану версію гібридного інтегратора MERCURY для моделювання. Це дозволило дослідникам включати в експеримент довільну кількість об'єктів із зірковою масою, а також враховувати релятивістську орбітальну прецесію. Вчені генерували ситуації, в яких зірки в межах одного парсека (3,26 світлового року) від Сонячної системи впливають на рух планет усередині системи. Відстань більше одного парсека вимагала надзвичайно великих мас та малих швидкостей зірок. Також астрофізики не враховували вплив Місяця на Землю, стиск Сонця, приливні ефекти та ефекти твердого тіла.
Автори дійшли висновку, що вплив зірок зменшує часовий відрізок для передбачення еволюції орбіти Землі на 10%, що більше, ніж вплив астероїдів. Вплив на орбітальний рух внутрішніх планет надають переважно планети-гіганти, куди, своєю чергою, діють зірки поза Сонячної системи. Найбільший внесок у довгострокову еволюцію орбіти Землі робить Юпітер.
Астрофізики вважають, що зірка HD 7977 з масою, що трохи перевищує сонячну, близько 2,8 мільйона років тому вплинула на еволюцію орбітального руху Землі. Імовірність того, що зірка була приблизно на 3900 астрономічних одиниць від Сонячної системи, дорівнює 5%. Проте дослідники наголошують на важливості цієї події.
«Слід зазначити, що відстань у 3900 астрономічних одиниць, ймовірно, зробила проходження HD 7977 повз Сонячну Систему одним із 10 найвпливовіших за всю історію Сонячної системи», – зазначили автори дослідження.
Вони також визначили можливий максимальний ексцентриситет Землі, якого вона сягнула 55-56 мільйонів років тому. Значення ексцентриситету коливається від 0,0546 до 0,0555 (±0,00045), якщо експериментах Сонячна система була ізольованою. А за впливу зірок, зокрема HD 7977, діапазон максимального ексцентриситету становив 0,0500-0,0569 (±0,0035). Іншими словами, ексцентриситет Землі був більшим приблизно втричі.
Астрофізики бачать зв'язок між максимальним ексцентриситетом планети та періодом з палеоцен-еоценовим термічним максимумом. У цей час відбулося різке потепління клімату Землі, змінився склад атмосфери, а різноманітність викопних видів суттєво зросла (зокрема перші достовірні залишки наших предків приматів відносяться саме до цього періоду).
Вчені дійшли дуже нетривіального висновку, що період найвитягнутішої орбіти нашої планети одночасно був періодом найтеплішого клімату за останні півмільярда років як мінімум. Тим часом з кліматичного погляду незрозуміло, як сильно змінюється протягом року сонячна інсоляція могла б призвести до такого результату. Пояснення цього питання потенційно представляє серйозний інтерес наук про Землю.