Aspekter av en annars jordliknande planets lutning och omloppsdynamik kan allvarligt påverka dess potentiella beboelighet – till och med utlösa plötsliga "snöbollstillstånd" där haven fryser och ytliv är omöjligt, enligt ny forskning från astronomer vid University of Washington.

Forskningen indikerar att lokalisering av en planet i sin värdstjärnas "beboeliga zon" - det där utrymmet precis lagom för att tillåta flytande vatten på en kretsande stenig planets yta - inte alltid är tillräckligt med bevis för att bedöma potentiell beboelighet.

Russell Deitrick, huvudförfattare till en artikel som ska publiceras i Astronomisk tidskrift , sa att han och medförfattare ville lära sig, genom datormodellering, hur två egenskaper – en planets snedställning eller dess orbitala excentricitet – kan påverka dess potential för liv. De begränsade sin studie till planeter som kretsar i de beboeliga zonerna av "G-dvärg"-stjärnor, eller sådana som solen.

En planets snedställning är dess lutning i förhållande till omloppsaxeln, som styr en planets årstider; orbital excentricitet är formen, och hur cirkulär eller elliptisk – oval – omloppsbanan är. Med elliptiska banor, avståndet till värdstjärnan ändras när planeten kommer närmare, reser sedan bort från, dess värdstjärna.

Deitrick, vem som gjorde jobbet när han var vid UW, är nu postdoktor vid universitetet i Bern. Hans UW-medförfattare är professor i atmosfärsvetenskap Cecilia Bitz, Astronomiprofessorerna Rory Barnes, Victoria Meadows och Thomas Quinn och doktorand David Fleming, med hjälp av forskaren Caitlyn Wilhelm.

Jorden är värd för liv tillräckligt framgångsrikt eftersom den cirklar runt solen med en axiell lutning på cirka 23,5 grader, vickar bara lite under årtusendena. Men, Deitrick och medförfattare frågade i sin modellering, vad händer om dessa vickningar var större på en jordliknande planet som kretsar kring en liknande stjärna?

Tidigare forskning indikerade att en mer allvarlig axiell lutning, eller en lutande bana, för en planet i en sollik stjärnas beboeliga zon – med samma avstånd från sin stjärna – skulle göra världen varmare. Så Deitrick och teamet blev förvånade över att hitta, genom sin modellering, att den motsatta reaktionen verkar sann.

"Vi fann att planeter i den beboeliga zonen plötsligt skulle kunna komma in i "snöbolls"-tillstånd om excentriciteten eller de halvstora axelvariationerna – förändringar i avståndet mellan en planet och en stjärna över en omloppsbana – var stora eller om planetens snedställning ökade över 35 grader, sa Deitrick.

Den nya studien hjälper till att reda ut motstridiga idéer som föreslagits tidigare. Den använde en sofistikerad behandling av inlandsisens tillväxt och reträtt i planetmodelleringen, vilket är en betydande förbättring jämfört med flera tidigare studier, sa medförfattaren Barnes.

"Medan tidigare undersökningar fann att hög snedställning och snedställningsvariationer tenderade att värma planeter, med detta nya tillvägagångssätt, teamet finner att stora snedstegsvariationer är mer benägna att frysa planetens yta, ", sa han. "Bara en bråkdel av tiden kan snedhetscyklerna öka temperaturen på beboeliga planeter."

Barnes sa att Deitrick "i huvudsak har visat att istider på exoplaneter kan vara mycket allvarligare än på jorden, att orbitaldynamik kan vara en viktig drivkraft för beboelighet och att den beboeliga zonen är otillräcklig för att karakterisera en planets beboelighet." Forskningen visar också, han lade till, "att jorden kan vara en relativt lugn planet, klimatmässigt."

Den här typen av modellering kan hjälpa astronomer att avgöra vilka planeter som är värda dyrbar teleskoptid, Deitrick sa:"Om vi ​​har en planet som ser ut som om den kan vara jordliknande, till exempel, men modellering visar att dess omloppsbana och snedställning svänger som en galning, en annan planet kan vara bättre för uppföljning" med framtidens teleskop."

Forskningens främsta utgångspunkt, han lade till, är att "Vi bör inte försumma orbital dynamik i studier av beboelighet."