새로운 연구에 따르면 이 겉보기에는 "작은" 붉은 행성이 예상보다 지구의 장기적인 기후 변화에 훨씬 더 큰 역할을 할 수 있음이 밝혀졌습니다. 캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스의 행성 천체물리학 교수인 스티븐 케인(Stephen Kane)은 수치 시뮬레이션을 통해 지구의 궤도 매개변수와 회전축 경사 변화에 대한 화성의 중력 영향이 빙하기의 출현과 종말을 위한 시간 척도를 포함하여 많은 주요 기후 리듬에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다.

화성은 지구 지름의 약 절반, 질량은 지구의 1/10에 불과합니다. 그것은 항상 "가벼운" 행성으로 여겨져 왔습니다. 이전 연구에서는 지구의 해저 퇴적물에 기록된 특정 기후 리듬이 화성의 중력 교란과 관련이 있다고 제안했습니다. 이 견해는 한때 의문을 제기한 적이 있습니다. 케인은 처음에는 화성의 영향이 "매우 약하고" 지질학적 기록에서 명확하게 식별하기조차 어렵다고 생각했다고 인정했습니다. 이번 연구는 그의 원래 의심을 어느 정도 검증하기 위한 것이었다.

이를 위해 연구팀은 시간에 따른 지구의 궤도 모양과 자전축 경사의 진화를 시뮬레이션하기 위해 태양계의 장기 동적 모델을 구축했습니다. 이러한 느리지만 지속적인 변화는 표면의 햇빛의 공간적, 시간적 분포를 결정하며 유명한 "밀란코비치 주기"의 물리적 기초입니다. 밀란코비치 주기는 빙하기와 밀접하게 관련되어 있으며 수만 년에서 수백만 년 규모의 온난 기후와 한랭 기후의 교대를 지배합니다. 지난 약 45억년 동안 지구는 적어도 5번의 주요 빙하기를 경험했으며, 가장 최근의 빙하기는 약 260만년 전에 시작되어 오늘날에도 계속 진행되고 있습니다.

연구에 따르면 목성과 토성의 중력에 의해 주로 발생하는 약 430,000년의 기후 주기 중 하나가 화성의 존재 여부와 관계없이 시뮬레이션에서 보존된 것으로 나타났습니다. 그러나 화성이 모델에서 "제거"되었을 때 다른 두 가지 중요한 리듬(약 100,000년 주기와 약 230만 년 주기)이 완전히 사라졌습니다. 시뮬레이션에서 화성의 질량이 증가하면 이 두 기간이 단축되어 화성의 질량이 클수록 지구 궤도와 기후에 미치는 영향이 더 강하다는 것을 나타냅니다.

이러한 장기 주기는 지구 궤도의 이심률, 지구의 근일점 시기, 자전축의 기울기 변화와 같은 주요 매개변수에 영향을 미칩니다. 그들은 다양한 계절, 다양한 위도에서 받는 태양 복사 강도를 결정하여 빙상의 팽창과 후퇴 및 더 넓은 장기 기후 패턴에 영향을 미칩니다. Kane의 결과는 화성이 위의 많은 링크에서 정량화 가능한 역할을 하며 "중요하지 않은" 것이 아니라는 것을 보여줍니다. 그는 화성이 더 멀리 공전하고 상대적으로 태양의 중력에 의해 약하게 지배되기 때문에 지구에 대한 중력 교란이 더 "눈에 띄고" "크기를 넘어서는 영향"이라고 말할 수 있다고 지적했습니다.

더욱 놀라운 점은 화성의 질량 변화가 지구 자전축 기울기의 변화율도 변화시킨다는 것입니다. 궤도면에 대한 지구 자전축의 현재 기울기는 약 23.5도이며, 이 각도는 오랜 시간에 걸쳐 천천히 흔들리고 있습니다. 시뮬레이션에 따르면 화성의 질량이 증가하면 지구 축에 "안정 장치를 추가"하는 것과 유사하게 지구 기울기의 변화율이 감소하는 것으로 나타났습니다. 연구팀은 이는 화성이 궤도 형태에 교란을 가할 뿐만 아니라, 어느 정도 지구 자전 자세에 추가적인 안정 요인을 제공한다는 의미라고 믿고 있다.

이번 연구 논문은 '태평양 천문학회 간행물'(Publications of the Astronomical Society of the Pacific)에 '화성 질량에 대한 지구 밀란코비치 주기의 의존성'이라는 제목으로 게재됐다. 이 논문은 지구 궤도의 진화에 대한 화성의 구체적인 기여를 정량화할 뿐만 아니라 외행성학의 더 넓은 의미를 암시합니다. 다른 항성계에서는 거주 가능 구역 외부에 위치한 낮은 질량의 "외행성"이 지구와 같은 행성의 기후 안정성을 조용히 형성할 수도 있습니다.

케인은 천문학자들이 다른 별 주위의 거주 가능 구역에서 지구와 같은 행성을 발견하면 행성 자체에만 집중할 수 없다고 말했습니다. 외부 궤도에 화성과 같은 소행성이 있는지 여부는 지구와 유사한 이 행성의 궤도 리듬과 회전 안정성에 직접적인 영향을 미치며, 그에 따라 기후 환경이 생명체의 장기적인 존재에 적합한지 여부에 영향을 미칩니다.

연구는 지구 자체의 역사에 대한 '대체 가설'로 이어질 수밖에 없습니다. 빙하기는 지질학적 역사에서 여러 차례 생태학적 패턴을 다시 썼고, 숲이 줄어들고 초원이 넓어졌으며, 직립보행, 도구 사용, 사회적 협력을 포함한 일련의 주요 진화적 변화를 주도했습니다. 화성이 없다면 지구의 궤도에는 몇 가지 중요한 기후 주기가 누락될 것입니다. 인간과 다른 종의 진화 경로가 완전히 다를 것인지, 심지어 “우리가 지금처럼 존재할 것인지”조차 물어볼 가치가 있는 열린 질문이 되었습니다.