Een nieuwe studie toont aan dat deze ogenschijnlijk ‘kleine’ rode planeet mogelijk een veel grotere rol speelt in de klimaatevolutie van de aarde op de lange termijn dan verwacht. Stephen Kane, hoogleraar planetaire astrofysica aan de Universiteit van Californië, Riverside, ontdekte via numerieke simulaties dat de zwaartekrachtinvloed van Mars op veranderingen in de baanparameters van de aarde en de helling van de draaias rechtstreeks van invloed is op veel belangrijke klimaatritmes, waaronder de tijdschaal voor het ontstaan ​​en einde van ijstijden.

Mars heeft slechts ongeveer de helft van de diameter van de aarde en ongeveer een tiende van de massa van de aarde. Het is altijd beschouwd als een ‘lichtgewicht’ planeet. Eerdere studies hebben gesuggereerd dat bepaalde klimaatritmes die zijn vastgelegd in de sedimenten op de zeebodem van de aarde verband houden met zwaartekrachtverstoringen op Mars. Deze opvatting werd ooit in twijfel getrokken. Kane gaf toe dat hij aanvankelijk dacht dat de impact van Mars "erg zwak" was en zelfs moeilijk duidelijk te identificeren in het geologische archief. Dit onderzoek was tot op zekere hoogte bedoeld om zijn oorspronkelijke vermoeden te verifiëren.

Daartoe heeft het onderzoeksteam een ​​dynamisch langetermijnmodel van het zonnestelsel geconstrueerd om de evolutie van de baanvorm van de aarde en de helling van de draaias in de loop van de tijd te simuleren. Deze langzame maar voortdurende veranderingen bepalen de ruimtelijke en temporele verdeling van zonlicht op het oppervlak en vormen de fysieke basis van de beroemde "Milankovitch-cyclus". Milankovitch-cycli zijn nauw verwant aan ijstijden en bepalen de afwisseling van warm en koud klimaat op een schaal van tienduizenden tot miljoenen jaren. De afgelopen ongeveer 4,5 miljard jaar heeft de aarde ten minste vijf grote ijstijden meegemaakt, waarvan de meest recente ongeveer 2,6 miljoen jaar geleden begon en nog steeds voortduurt.

Uit het onderzoek blijkt dat een van de klimaatcycli van ongeveer 430.000 jaar, voornamelijk aangedreven door de zwaartekracht van Jupiter en Saturnus, in de simulaties behouden bleef, ongeacht de aanwezigheid van Mars. Maar toen Mars uit het model werd ‘verwijderd’, verdwenen twee andere belangrijke ritmes – één met een cyclus van ongeveer 100.000 jaar en één met een cyclus van ongeveer 2,3 miljoen jaar – volledig. Als de massa van Mars in de simulatie wordt vergroot, zullen deze twee perioden worden ingekort, wat aangeeft dat hoe groter de massa van Mars, hoe sterker de impact op de baan en het klimaat van de aarde.

Deze langetermijncycli beïnvloeden belangrijke parameters zoals de excentriciteit van de baan van de aarde, de timing van het perihelium van de aarde en veranderingen in de kanteling van de draai-as. Ze bepalen de intensiteit van de zonnestraling die op verschillende breedtegraden in verschillende seizoenen wordt ontvangen, waardoor de uitzetting en terugtrekking van ijskappen en bredere klimaatpatronen op de lange termijn worden beïnvloed. De resultaten van Kane laten zien dat Mars een kwantificeerbare rol speelt in veel van de bovenstaande verbanden en niet ‘onbelangrijk’ is. Hij wees erop dat, omdat Mars verder in zijn baan draait en relatief zwak wordt gedomineerd door de zwaartekracht van de zon, de zwaartekrachtverstoring op de aarde 'opvallender' is en kan worden gezegd dat het een 'invloed is die zijn omvang te boven gaat'.

Nog verrassender is dat veranderingen in de massa van Mars ook de snelheid van verandering in de kanteling van de rotatie-as van de aarde veranderen. De huidige kanteling van de draai-as van de aarde ten opzichte van haar baanvlak is ongeveer 23,5 graden, een hoek die langzaam over lange tijdschalen heen en weer beweegt. Simulaties laten zien dat wanneer de massa van Mars toeneemt, de snelheid waarmee de kanteling van de aarde verandert afneemt, vergelijkbaar met het "toevoegen van een stabilisator" aan de aardas. Het onderzoeksteam is van mening dat dit betekent dat Mars niet alleen een verstoring uitoefent op de baanvorm, maar tot op zekere hoogte ook een extra stabiliserende factor biedt voor de rotatiehouding van de aarde.

Dit onderzoeksartikel is gepubliceerd in de "Publications of the Astronomical Society of the Pacific" (Publications of the Astronomical Society of the Pacific), getiteld "The Dependence of Earth Milankovitch Cycles on Martian Mass." Het artikel kwantificeert niet alleen de specifieke bijdrage van Mars aan de evolutie van de baan van de aarde, maar verwijst ook naar de bredere betekenis van exoplanetologie: in andere sterrenstelsels kunnen die ‘exoplaneten’ met een lage massa die zich buiten de bewoonbare zone bevinden, ook stilletjes de klimaatstabiliteit van een aardeachtige planeet bepalen.

Kane zei dat wanneer astronomen een aardeachtige planeet ontdekken in de bewoonbare zone rond andere sterren, ze zich niet alleen op de planeet zelf kunnen concentreren. Of er zich Marsachtige asteroïden in zijn buitenbaan bevinden, zal een directe invloed hebben op het baanritme en de rotatiestabiliteit van deze aardeachtige planeet, en daarmee op de vraag of de klimaatomgeving geschikt is voor het bestaan ​​van leven op de lange termijn.

Onderzoek kan niet anders dan leiden tot ‘alternatieve hypothesen’ over de eigen geschiedenis van de aarde. IJstijden hebben ecologische patronen in de geologische geschiedenis vele malen herschreven, bossen kleiner gemaakt en graslanden uitgebreid, en een reeks belangrijke evolutionaire veranderingen veroorzaakt, waaronder rechtop lopen, gereedschapsgebruik en sociale samenwerking. Zonder Mars zou de baan van de aarde verschillende belangrijke klimaatcycli missen. Of de evolutionaire paden van mensen en andere soorten compleet anders zouden zijn, en zelfs ‘of we nog steeds zouden bestaan ​​zoals we nu zijn’ zijn open vragen geworden die de moeite waard zijn om te stellen.