I.I. Smul’skii. New astronomical theory of the ice ages

Full Text

Причина чередования ледниковых периодов на Земле – один из самых интригующих вопросов в проблеме изменения климата. Главный научный сотрудник Института криосферы Земли СО РАН (г. Тюмень) доктор физико-математических наук И.И. Смульский в монографии "Новая астрономическая теория ледниковых периодов", вышедшей в свет в середине 2018 г., показал, что чередование ледниковых периодов обусловлено колебаниями параметров орбитального и вращательного движений Земли. Эта причина последовательно и с нарастающей определённостью выясняется им в трёх вышедших одна за другой монографиях. В изданной совместно с В.П. Мельниковым – "Астрономическая теория ледниковых периодов: новые приближения. Решённые и нерешённые проблемы" (2009) – исследована эволюция орбитального движения Земли. В монографии "Эволюция оси Земли и палеоклимата за 200 тыс. лет" (2016) представлены результаты эволюции вращательного движения Земли за 200 тыс. лет, изменения её инсоляции и как она согласуется с палеоклиматом. В последней книге – "Новая астрономическая теория ледниковых периодов" – на временнóм интервале 20 млн лет рассматривается вся проблема в целом. Материал представлен в доступной для широкого круга читателей форме. Основные результаты, связанные с решением дифференциальных уравнений орбитального и вращательного движений, вынесены в конец монографии и в Приложения.

Книга начинается с наглядного представления орбитального и вращательного движений Земли, от которых происходят суточные и годовые изменения освещения Земли Солнцем. Здесь же показаны главные стороны их эволюции, а именно прецессия орбиты Земли и её оси вокруг разных направлений в пространстве. Эти представления помогают читателю понять все особенности эволюции движения нашей планеты в небесно-механических координатах, которые известны только узкому кругу исследователей.

Кроме того, в монографии показана эволюция орбитального движения на разных интервалах времени и аналогично ей – эволюция вращательного движения на интервале от 0,1 года до 10 тыс. лет. Автор сопоставляет свои результаты для наклона оси вращения Земли с наблюдениями и данными других исследователей. Они совпадают. Отличия результатов начинаются после 3 тыс. лет, и причина заключается в разных степенях учёта вращательного движения Земли в астрономической теории изменения климата. В прежней, которую ещё называют теорией Миланковича, используется упрощённый учёт прецессии оси Земли на основании уравнений Пуассона, полученных из дифференциальных уравнений вращательного движения, в которых отброшены вторые производные и произведения первых производных. Смульский последние уравнения решал численными методами без упрощения для модели абсолютно твёрдой Земли. Это позволило выяснить, что колебания оси вращения недеформируемой Земли имеют амплитуду в 7–8 раз бóльшую, чем она была зафиксирована в прежних теориях. В конце книги и в Приложениях этот вопрос детализирован. Задачу о вращении Земли автор решил тремя методами и проверял результаты в течение трёх лет. Данные подтвердились. В монографии (рис. 61, 62) Смульский объяснил физическую причину больших колебаний оси Земли. Оказывается, что прецессия перпендикуляра к орбите Земли и её оси происходит относительно разных направлений в пространстве. Первое прецессирует относительно суммарного вектора момента количества движения Солнечной системы. В небесной механике плоскость, перпендикулярную этому вектору, называют плоскостью Лапласа, а ось вращения недеформируемой Земли прецессирует относительно другого направления, которое отклонено от вектора момента на угол 3,2°.

Такое отличие прецессионных движений орбиты Земли и её экватора можно было установить только путём решения дифференциальных уравнений вращательного движения Земли с высокой точностью и за большие интервалы времени. Это новый и важный результат в небесной механике и астрономии, способствующий лучшему пониманию устройства Солнечной системы и её эволюции.

После рассмотрения орбитального и вращательного движений следуют графики изменения угла наклона и инсоляции Земли за 200 тыс. лет. Экстремумы инсоляции пронумерованы, введены инсоляционные периоды изменения климата. Показано, что за последние 50 тыс. лет они согласуются с известными изменениями палеоклимата, то есть, по существу, колебания инсоляции являются причиной долгопериодических (так называемых вековых) колебаний климата.

Далее в книге на интервале 1, 5 и 20 млн лет рассматриваются изменения угла наклона и инсоляции Земли. На графиках для сравнения приводятся изменения этих параметров по "старой" астрономической теории. После 5 млн лет даны сводные графики как инсоляции, так и параметров орбитального и вращательного движений, от которых зависит инсоляция. После 20 млн лет анализируется статистика изменений угла наклона и инсоляции.

Изменения инсоляции и угла наклона представлены также в современную эпоху и в будущем за 1 млн лет. В последней главе рассмотрен ряд дополнительных проблем, в том числе сопоставление инсоляционных периодов с морскими изотопными стадиями (МИС). Автор приходит к выводу, что МИС не отражают изменения инсоляции и палеоклимата.

Основу книги составляют многочисленные графики (63 иллюстрации) и текстовые пояснения к ним. Графики, содержащие значительный объём информации, превосходящий объём самой монографии, будут служить основой для дальнейших исследований в различных областях науки.

Книгу можно рассматривать как важный этап в понимании окружающего мира и процессов, происходящих в нём. Её можно рекомендовать студентам и аспирантам, изучающим физику и астрономию, а также специалистам в области наук о Земле.

About the authors

V. E. Zharov

Author for correspondence.
Email: vladzh2007@yandex.ru

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Department of Celestial Mechanics, Astrometry and Gravimetry, Physics Department

Supplementary files