一項最新研究顯示，這顆看似“個頭不大”的紅色行星，可能在地球長期氣候演化中發(fā)揮著遠超預(yù)期的作用。加州大學(xué)河濱分校行星天體物理學(xué)教授斯蒂芬·凱恩（Stephen Kane）通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，火星對地球軌道參數(shù)和自轉(zhuǎn)軸傾角變化的引力影響，直接牽動了多條關(guān)鍵的氣候節(jié)律，包括冰期出現(xiàn)與結(jié)束的時間尺度。

火星直徑僅約為地球的一半，質(zhì)量約為地球的十分之一，一直被視為“輕量級”行星。此前有研究提出，地球海底沉積層中記錄的某些氣候節(jié)律，與火星的引力擾動有關(guān)，這一觀點一度飽受質(zhì)疑。凱恩坦言，自己起初也認為火星影響“非常微弱”，甚至難以在地質(zhì)記錄里清晰辨認，這次研究在某種程度上就是為了驗證他原本的懷疑。

為此，研究團隊構(gòu)建了太陽系的長期動力學(xué)模型，模擬地球軌道形狀與自轉(zhuǎn)軸傾角隨時間的演變。這些緩慢但持續(xù)的變化決定了陽光在地表的空間與時間分布，是著名“米蘭科維奇周期”的物理基礎(chǔ)。米蘭科維奇周期與冰期密切相關(guān)，支配著數(shù)萬年至數(shù)百萬年尺度上的氣候冷暖更替。在過去約 45 億年中，地球至少經(jīng)歷過五次大的冰期，其中最近一次始于約 260 萬年前，至今仍在延續(xù)。

研究顯示，其中一個約 43 萬年的氣候周期主要由木星與土星的引力共同驅(qū)動，在模擬中無論火星是否存在，這一周期都能保留。但當模型中“移除”火星后，另外兩條重要節(jié)律——一個約 10 萬年周期、一個約 230 萬年周期——則完全消失。如果在模擬中增加火星質(zhì)量，這兩條周期會隨之縮短，表明火星質(zhì)量越大，對地球軌道與氣候的影響就越強。

這些長期周期影響地球軌道的偏心率、地球近日點出現(xiàn)的時間，以及自轉(zhuǎn)軸傾角變化等關(guān)鍵參數(shù)。它們決定了不同緯度地區(qū)在不同季節(jié)接收的太陽輻射強度，從而影響冰蓋的擴張與消退以及更廣泛的長期氣候格局。凱恩的結(jié)果表明，火星在上述多個環(huán)節(jié)中都具有可量化的作用，并非“微不足道”。他指出，由于火星軌道更遠，受太陽引力主導(dǎo)程度相對較弱，因此其對地球的引力擾動反而更“顯眼”，可以說是“超出體量的影響力”。

更令人意外的是，火星質(zhì)量的變化還會改變地球自轉(zhuǎn)軸傾角的變化速率。目前地球自轉(zhuǎn)軸相對軌道面的傾角約為 23.5 度，這一角度會在長時間尺度上緩慢擺動。模擬顯示，當火星質(zhì)量被提高時，地球傾角變化的速率反而下降，類似于為地軸“增加了穩(wěn)定器”。研究團隊認為，這意味著火星不僅在軌道形狀上施加擾動，還在一定程度上為地球自轉(zhuǎn)姿態(tài)提供了額外的穩(wěn)定因素。

這項研究論文已發(fā)表于《太平洋天文學(xué)會會刊》（Publications of the Astronomical Society of the Pacific），標題為《地球米蘭科維奇周期對火星質(zhì)量的依賴》（The Dependence of Earth Milankovitch Cycles on Martian Mass）。論文不僅量化了火星對地球軌道演化的具體貢獻，也暗示了更廣泛的系外行星學(xué)意義：在其他恒星系中，那些位于宜居帶外側(cè)、質(zhì)量不大的“外行星”，同樣可能在悄然塑造一顆類地行星的氣候穩(wěn)定性。

凱恩表示，當天文學(xué)家在其他恒星周圍發(fā)現(xiàn)一顆處在宜居帶里的類地行星時，不能只盯著這一顆行星本身。其外側(cè)軌道上是否存在類似火星的小行星，將直接影響這顆類地行星的軌道節(jié)律與自轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，從而影響其氣候環(huán)境是否適合生命長期存在。

研究也不禁引發(fā)關(guān)于地球自身歷史的“另類假設(shè)”。冰期在地質(zhì)歷史上多次改寫生態(tài)格局，使森林退縮、草原擴張，推動包括直立行走、工具使用和社會協(xié)作在內(nèi)的一系列關(guān)鍵進化變化。如果沒有火星，地球軌道將缺失若干重要的氣候周期，人類及其他物種的演化路徑是否會徹底不同，甚至“我們是否還會以現(xiàn)在的樣子存在”，都成了值得追問的開放問題。