ミランコビッチ・サイクル
ミランコビッチサイクルとは、地球が太陽の周りを回る軌道や地軸の傾きが、小さくゆっくりと、しかし規則的に変化することです。
そのダイナミクスは複雑です。この変化は、「日射量」(地球の一部に降り注ぐ太陽光)に影響を与えます。これにより、地球の気候は約2万1千年、4万1千年、10万年、40万年の周期で変化していきます。この分野は今でも活発に研究されています。
ミランコビッチは、地球の軌道の離心率、軸の傾き、歳差運動の変動が地球の気候パターンを引き起こすことを、数学を応用して予測した。
同様の天文学的理論は、19世紀にジョセフ・アデマーやジェームス・クロールらによって提唱されていた。しかし、最初は確実な年代測定の証拠がなかった。この問題に決着がついたのは、深海のコアが採取され、1976年に『Science』誌に論文が発表されてからである。
堆積物の性質は周期的に変化することがあり、その周期は堆積物の記録に表示することができます。ここでは、異なる地層の色にサイクルが見られる
太陽の周りを回る惑星は、時間の経過とともに徐々に回転する楕円(楕円形)軌道を描く(absidal precession)。この楕円の離心率は、視覚的に分かりやすくするために誇張されている。
地球の斜度の22.1〜24.5°の範囲。
プリセッションの動き。
サイクルは
軌道形状(離心率)
地球の軌道は楕円形です。離心率とは、この楕円が円形からどれだけ離れているかを示す指標である。地球の軌道の形は、ほぼ円形から軽度の楕円形の間で時間的に変化する。
軸方向の傾き(斜位)
地球の軸の傾きの角度は、他の惑星からの摂動によって地球の軌道が移動するため、黄道面に対して変化します。
斜度が大きくなると、両半球の夏は太陽からの熱と光を多く受け、冬は少なくなります。逆に、斜度が小さくなると、夏の日差しが弱くなり、冬の日差しが強くなる。この2.4°のゆっくりとした斜行の変化は、ほぼ周期的なものです。傾きが22.1°と24.5°の間を行ったり来たりするのに約41,000年かかります。
軸方向の歳差運動
歳差運動とは、地球の軸がぐらつくことである。このジャイロ運動は、球形ではなく扁平球形の固体である地球に、太陽と月が及ぼす潮汐力によるものである。この効果は、太陽と月がほぼ均等に作用している。その周期は約26,000年である。
軸が太陽の方向を向いていると、一方の極半球は季節の差が大きくなり、もう一方の極半球は季節が穏やかになります。近日点で夏を迎えた半球は、それに伴って増加する太陽放射の多くを受けますが、遠日点で冬を迎えた同じ半球は、冬が寒くなります。もう一方の半球は、相対的に冬が暖かく、夏が涼しくなります。
Apsidal precession
太陽の周りを回る惑星は、楕円形の軌道を描き、時間の経過とともに徐々に回転する(周回歳差運動)。
さらに、主に木星や土星との相互作用の結果、軌道楕円体自体が宇宙空間で歳差運動をするようになる。これにより、赤道離脱の周期が25,771.5年から約21,636年に短縮される。
軌道の傾き
地球の軌道の傾きは、現在の軌道に対して、約7万年の周期で上下に移動する。ミランコビッチはこの3次元的な動きを研究していなかった。この動きは「黄道離脱」または「惑星直列」と呼ばれている。
研究者たちはこのドリフトに注目し、また、他の惑星の軌道と相対的に移動することにも注目した。太陽系の角運動量を表す平面である不変平面は、ほぼ木星の軌道面に一致している。地球の軌道の傾きは、不変平面に対して10万年周期で変化している。これは、10万年の離心率の周期と非常によく似ている。この10万年周期は、10万年周期の氷河期のパターンとよく一致する。
この面には塵などの円盤が存在し、地球の気候に影響を与えていると提唱されている。地球がこの面を通過するのは、レーダーで検出される流星や流星関連の夜光雲が増加する1月9日と7月9日頃。
南極アイスコアの研究では、氷の中に閉じ込められた気泡中の酸素-窒素比を用いて、アイスコアに記録された気候反応は、ミランコビッチ仮説が提唱するように、北半球の日射量によって駆動されていると結論づけた。これは、比較的新しい方法でミランコビッチ仮説を検証したことになります。なお、10万年周期の「傾斜」説とは一致しません。
季節に対する潮汐の偏移の影響
アプシダル歳差運動の様子。太陽系のほとんどの軌道は、離心率がはるかに小さく、ほぼ円形である。
関連ページ
質問と回答
Q: ミランコビッチサイクルとは何ですか?
A: ミランコビッチ・サイクルとは、地球が太陽の周りを回る軌道と地軸の傾きがゆっくりと規則的に変化することで、地球の一部に降り注ぐ太陽光の量に影響を与え、気候の周期をもたらすものです。
Q: ミランコビッチ・サイクルによって引き起こされる地球の気候の周期は何回ですか?
A: ミランコビッチ・サイクルは、約2万1千年、約4万1千年、約10万年、約40万年の周期で地球の気候を変化させます。
Q: 地球軌道の離心率、軸傾斜、歳差の変動が地球の気候パターンを引き起こすと予言したのは誰ですか?
A:ミルチン・ミランコビッチ(Milutin Milanković)は、地球軌道の離心率、軸傾斜、歳差の変動が地球の気候パターンを引き起こすことを、応用数学を使って予言したのです。
Q:ミランコビッチ・サイクルの天文学的な理論はいつごろから始まったのですか?
A:19世紀には、ジョセフ・アデマールやジェームズ・クロールらによって、同様の天文学的なミランコビッチ・サイクルの理論が提唱されています。
Q: 1976年までのミランコビッチ・サイクルの問題は何だったのでしょうか?
A: 1976年まで、地球の気候パターンにおけるミランコビッチ・サイクルの役割の問題を解決するための信頼できる年代証拠がありませんでした。
Q: 地球の気候パターンにミランコビッチ・サイクルが関与しているという証拠が固まったのはいつですか?
A: 地球の気候パターンにミランコビッチ・サイクルがあるという証拠は、深海コアが採取された後、1976年にサイエンス誌に論文が発表され、決着がつきました。
Q: ミランコビッチ・サイクルの分野は、現在も活発に研究されているのでしょうか?
A: はい、ミランコビッチ・サイクルとそれが地球の気候パターンに与える影響については、現在も活発に研究が行われている分野です。