地球围绕太阳的轨道一直在变化。虽然每年的变化不大,但随着时间的推移,月球和其他行星的引力会导致地球轨道发生变化。这种迁移会影响地球的气候。例如,地球轨道的逐渐移动和地轴倾斜度的变化导致了米兰科维奇气候周期。因此,如果你想了解古气候或地球气候在不同地质年代的变化,了解地球轨道在遥远过去的情况是很有帮助的。
幸运的是,牛顿力学和万有引力定律在时间上既可以向前也可以向后。我们可以用牛顿动力学来预测日食和宇宙飞船在外太阳系的运行轨迹,也可以用它来让时光倒流,将地球轨道绘制到深邃的过去。在有限的范围内
由于对两个以上天体的轨道运动没有精确的解决方案,我们必须通过计算来进行计算。在计算过程中会出现一些混乱,因此我们对太阳系大天体当前位置和运动的任何不确定性,都会降低我们追溯时间的准确性。幸运的是,有了雷达测距和其他测量手段后计算非常精确,可以比较有把握地追溯到一亿年前的地球轨道。或者我们是这么认为的,因为一篇新论文证明,我们一直忽略了流逝恒星的引力效应。
5400 万年前地球轨道的不确定性。资料来源:N. Kaib/PSI
大多数恒星都太遥远了,无法对地球轨道产生任何可测量的影响。它们对我们世界的牵引力比不上奥尔特云上遥远的岩石。但偶尔也会有一颗恒星靠近我们。虽然不会近到让我们的太阳系陷入混乱,但也近到能给太阳系行星带来引力。最近的一次接近是 HD 7977。现在,这颗恒星距离太阳约 250 光年,但在 280 万年前,它曾在距离太阳 3 万 AU 或半光年的范围内经过。它与太阳的距离可能近至 4000 AU。在较大的距离上,HD 7977的引力效应可以忽略不计,但在较近的距离上,它的引力效应就很明显了。当你把这一点加入到计算组合中时,地球过去轨道的不确定性使得我们很难确信超过5000万年的时间。这对古气候研究产生了重大影响。
例如,大约 5600 万年前,地球进入了一个被称为古新世-始新世热量最高时期,全球气温上升了 5 - 8 ℃。轨道模型指出,地球轨道在那段时间特别偏心,这可能是根本原因。但这项新研究提高了这一结论的不确定性,这意味着地质活动等其他因素可能也发挥了重要作用。
据估计,每2000 万年左右就会有一颗恒星在距离太阳 10000 AU 的范围内经过。这意味着,当我们绘制地球轨道运动的更深层次的过去时,我们还必须寻找可能写入恒星的影响。