地球气候变化的成因一直是科学研究的热点话题。从大气成分变化到太阳辐射强度波动,再到地球自身轨道参数的微妙改变,影响地球气候的因素多种多样。近年来,天文学领域的研究引入了一个新视角:恒星掠过,即其他恒星在银河系中靠近我们太阳系的事件,是否可能通过引力扰动影响地球的轨道,从而改变气候?这个问题激发了众多科研团队的深入探索和激烈讨论。恒星掠过是指另一颗恒星以相对较近的距离穿越太阳系附近空间,可能引发太阳系外缘的彗星云——欧特云发生扰动。欧特云是环绕太阳系外围的彗星和冰冻行星体储存区,恒星掠过可能引起其中部分彗星轨道变化,增加它们朝向内太阳系的概率,甚至潜在地影响地球环境。人们最著名记载的恒星掠过之一是约7万年前的Scholz星。
这颗双星系统穿越了太阳系的欧特云区域,理论上可能扰动了彗星轨道,但彗星飞向内太阳系需要数百万年,因而其具体影响尚未显现。尽管恒星掠过在银河系中较为罕见,但不可忽视由于其引力作用而对太阳系产生的潜在长期影响。有人提出,恒星掠过可能对地球的古气候产生影响,尤其是与著名的古新世-始新世极热事件(PETM)相关联。PETM发生约5600万年前,是地球历史上的一次极端高温气候事件,全球平均气温骤升5到8摄氏度,持续数十万年,引发了生态系统的大规模变革,大量海洋生物灭绝,热带气候带向极地扩展,哺乳动物和灵长类动物迅速出现。PETM的成因至今备受争议,科学家提出多种可能因素,包括火山喷发、大规模彗星撞击、甲烷水合物释放及轨道强迫等。一些研究者猜测,恒星掠过可能通过引力扰动巨行星轨道,间接改写地球轨道参数,进而影响气候周期。
巨行星如木星和土星质量巨大,其轨道变化可以放大对地球轨道的扰动效应,成为连接恒星掠过与地球气候变化的关键环节。对此,夏威夷大学的理查德·泽贝和耶鲁大学的戴维·埃尔南德斯联合发表了一项突破性研究成果,标题为《过去5600万年中掠过恒星对古气候重建无显著影响》,旨在用更完整、精确的太阳系动力学模型验证恒星掠过对地球轨道及气候的影响。他们采用了包含月球影响和太阳引力二阶矩效应的高精度模型,在模拟中引入了1800次掠过事件,覆盖了近似真实的随机参数范围,进行400次独立的动力学仿真。不同于早期简化模型忽略了部分次级效应,泽贝与埃尔南德斯的研究显示,恒星掠过对地球轨道的长周期演变影响微乎其微,无法引起类似PETM这样显著的气候跳变。他们强调,月球的引力与太阳的非球形效应对地球轨道稳定性起到了重要调节作用,在不包含这些因素的简化模型中,掠过恒星的影响容易被高估。相较之下,曾有科学家如Kaib和Raymond认为,周围恒星的引力扰动能通过巨行星传递,逐渐改变整个行星系统轨迹,暗示掠过恒星对地球轨道有长期影响,需要上千万年才能显现。
这种观点在模拟中未纳入所有次要效应和月球扰动的影响。最新的研究表明,要透彻理解恒星掠过对地球气候的影响,必须采用完整的动力学模型,包含所有已知的天体物理因素。尽管每隔几十万至几百万年都会有恒星掠过事件,但其对地球气候转折点的直接作用尚无决定性证据。未来,一颗名为Gliese 710的橙矮星预计在约129万年后以约0.1663光年接近太阳系范围,并很可能穿越欧特云。科学界对它是否会引发内太阳系彗星活动和对地球气候潜在影响持开放态度,但现有模型提示其影响仍需长期观测和更复杂模拟验证。总结来看,恒星掠过无疑是太阳系演化不可忽视的天体事件,能扰动欧特云及潜在改变彗星轨迹,但通过详尽动力学模拟,目前证据显示其难以单独左右地球轨道稳定性和显著气候转折。
地球的气候故事中,更多的是内在地质过程、大气化学变化及太阳自身活动的共同作用。面对未来,随着计算能力和天文观测技术的进步,科学家将不断完善模型,揭示更多星际交互对太阳系乃至地球环境的深远影响。