以下文章經The Conversation許可轉載，該網站是一家報道最新研究的線上出版物。
春、夏、秋、冬——地球上的季節每幾個月變化一次，每年大約在同一時間。在地球上很容易將這個週期視為理所當然，但並非所有行星都有季節的規律變化。那麼，為什麼地球有規律的季節而其他行星沒有呢？
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我是一名研究行星運動和季節成因的天體物理學家。在我的研究中，我發現地球的季節規律模式是獨一無二的。地球圍繞南北極自轉的軸，並非完全對齊與垂直於地球繞太陽軌道的垂直軸。
這種輕微的傾斜對從季節到冰川週期的所有事物都有重大影響。這種傾斜的大小甚至可以決定一顆行星是否適合生命居住。
地球上的季節
當一顆行星的軌道軸與其自轉軸之間完全對齊時，它在繞太陽執行時接收到的陽光量是固定的——假設它的軌道形狀是一個圓形。由於季節來自到達行星表面的陽光量的變化，因此完全對齊的行星不會有季節。但地球的軸並不是完全對齊的。
這種稱為傾斜度的微小不對齊，對於地球來說大約為23度。因此，當太陽位於北半球正上方時，北半球在夏季會經歷更強烈的陽光照射。
然後，隨著地球繼續繞太陽執行，北半球接收到的陽光量會隨著北半球向遠離太陽的方向傾斜而逐漸減少。這會導致冬季。
在軸上旋轉並繞太陽執行的行星看起來有點像旋轉的陀螺——它們會旋轉並搖擺，因為受到來自太陽的引力。當陀螺旋轉時，您可能會注意到它不僅僅保持完全直立和靜止。相反，它可能會開始傾斜或稍微搖擺。這種傾斜是天體物理學家所說的自旋進動。
由於這些搖擺，地球的傾斜度並不是完全固定的。當與地球軌道形狀的微小變化結合時，傾斜度的這些微小變化會對地球的氣候產生重大影響。
搖擺的傾斜度和地球軌道形狀的任何自然變化都會改變到達地球的陽光的數量和分佈。這些微小的變化會導致地球在數千年到數十萬年的時間裡發生較大的溫度變化。反過來，這會推動冰河時代和溫暖時期的到來。
將傾斜度轉化為季節
那麼，傾斜度變化如何影響行星上的季節呢？低傾斜度，意味著自轉軸與行星繞太陽執行時方向一致，會導致赤道上的陽光更強，兩極附近的陽光較弱，就像在地球上一樣。
另一方面，高傾斜度——意味著行星的自轉軸指向或背離太陽——會導致極點非常熱或非常冷。同時，赤道會變冷，因為太陽不會全年都照射到赤道上方。這會導致高緯度地區季節變化劇烈，赤道地區溫度較低。
當行星的傾斜度超過54度時，該行星的赤道會變得冰冷，極點會變得溫暖。這被稱為反向地帶，與地球的情況相反。
基本上，如果傾斜度有很大且不可預測的變化，那麼行星上的季節變化就會變得劇烈且難以預測。劇烈、大的傾斜度變化可以將整個行星變成一個雪球，那裡都被冰覆蓋。
自旋軌道共振
大多數行星並非其太陽系中唯一的行星。它們的行星兄弟會相互干擾對方的軌道，這會導致它們的軌道形狀和軌道傾斜發生變化。
因此，軌道中的行星看起來有點像在顛簸的汽車頂上旋轉的陀螺，其中汽車代表軌道平面。當陀螺進動或旋轉的速度（或科學家所稱的頻率）與汽車上下顛簸的頻率相匹配時，就會發生一種稱為自旋軌道共振的現象。
自旋軌道共振會導致這些傾斜度變化，即行星在其軸上搖擺。想象一下在鞦韆上推一個孩子。當你在正確的時間（或在共振頻率下）推時，他們會越蕩越高。
儘管火星和地球的傾斜度大致相同，但火星在其軸上的搖擺幅度比地球大，而這實際上與月球繞地球執行有關。地球和火星的自旋進動頻率相似，這與軌道振盪相匹配，是發生自旋軌道共振的必要條件。
但地球有一個巨大的月球，它會拉動地球的自轉軸並使其進動得更快。這種稍快的進動可以防止地球經歷自旋軌道共振。因此，月球穩定了地球的傾斜度，並且地球不像火星那樣在其軸上劇烈搖擺。
系外行星季節
在過去的幾十年裡，已經發現了數千顆系外行星，或太陽系外的行星。我的研究小組想了解這些行星的可居住性，以及這些系外行星是否也有劇烈的傾斜度，或者它們是否有像地球一樣的衛星來穩定它們。
為了調查這一點，我的小組率先對系外行星的自轉軸變化進行了研究。
我們調查了開普勒-186f，這是第一個在宜居帶中發現的地球大小的行星。宜居帶是圍繞恆星的一個區域，在該區域中液態水可以存在於行星表面，生命可能能夠出現並繁榮發展。
與地球不同，開普勒-186f 位於其太陽系中其他行星的遠處。因此，其他行星對其軌道和運動的影響很小。因此，開普勒-186f 通常具有固定的傾斜度，類似於地球。即使沒有大的衛星，它也不會像火星那樣有劇烈變化或不可預測的季節。
展望未來，對系外行星的更多研究將有助於科學家瞭解宇宙中各種各樣的行星的季節是什麼樣的。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。