Со спутников видно, что Земля удивительно симметрично отражает свет — и это, возможно, связано с циклом Эль-Ниньо

Как показывают результаты нового исследования, несмотря на то что восточная и западная половины Земли значительно отличаются друг от друга, они отражают одинаковое количество солнечного света.

Уже полвека учёные знают, что Северное и Южное полушария Земли имеют практически одинаковое альбедо — то есть процент солнечного света, который они отражают обратно в космос. И это несмотря на то, что оба полушария выглядят совершенно по-разному: в Северном полушарии больше суши, а в Южном — больше океана.

Теперь же исследователи обнаружили ещё одну удивительную симметрию, скрытую в данных: как оказалось, восточная и западная половины Земли также отражают одинаковое количество солнечного света, о чём они сообщили в исследовании, опубликованном 3 июня в журнале «Nature». Они установили, что разделительная линия пролегает по большому кругу, охватывающему всю планету. Она состоит из двух линий долготы: меридианов 27 градусов восточной долготы и 153 градусов западной долготы, которые простираются от Северного до Южного полюса через Восточную Европу, Турцию, Центральную Африку, Норвегию и Аляску.

«Учитывая, что Земля имеет приблизительно сферическую форму, неудивительно, что её можно разделить на два непересекающихся полушария, отражающих одинаковое количество солнечного света», — пишут авторы в своей статье. Однако, как отмечают они, удивительно то, насколько точно они совпадают. Вероятность того, что полушария естественным образом отражают солнечный свет с разницей не более 0,01 ватта на квадратный метр, составляет менее 3%.

Если эта симметрия является фундаментальной частью климата Земли, то это открытие может помочь учёным проверить и, возможно, усовершенствовать глобальные климатические модели для прогнозирования будущего потепления.

Скрытая симметрия

Хотя точный механизм, лежащий в основе симметрии между северным и южным полушариями, десятилетиями оставался загадкой для учёных, авторы исследования заявили, что, возможно, выявили причину, лежащую в основе этого явления.

С самого начала космической гонки в конце 1950-х годов учёные стремились определить альбедо Земли. «В те времена это был действительно актуальный вопрос», — рассказал Live Science Норман Лоэб, учёный-атмосферолог, возглавляющий проект НАСА «Облака и система излучаемой энергии Земли» (CERES), который не участвовал в новом исследовании. И примерно полвека назад им удалось это выяснить с помощью спутниковых снимков.

Согласно исследованию, альбедо Земли составляет около 29%. Это означает, что примерно 0,29 от всей солнечной радиации, попадающей на Землю, отражается обратно в космос. Для сравнения: идеальное зеркало имело бы альбедо, равное 1, поскольку оно отражало бы 100% падающего на него света.

Другие анализы показали, что альбедо Северного полушария соответствовало альбедо Южного полушария, хотя недавнее исследование, соавтором которого является Лоэб, указывает на то, что в настоящее время Северное полушарие поглощает больше света, чем Южное, вероятно, из-за таяния снега и льда, снижения уровня загрязнения воздуха и увеличения количества водяного пара.

Помимо этого недавно обнаруженного дисбаланса, Чжан, исследователь из Кооперативного института исследований в области экологических наук при Университете Колорадо в Боулдере, и его коллеги задались вопросом, не упустили ли учёные из виду другие пары симметрии или же их считали слишком тривиальными для изучения, как написал Чжан в своём блоге.

Чтобы выявить эту симметрию, Чжан и его коллеги проанализировали данные спутниковых наблюдений за 25-летний период с 2001 по 2025 год, собранные в рамках программы CERES, которая использует спутники для измерения энергетического баланса Земли. Приборы на этих спутниках измеряют, какое количество отражённого солнечного света возвращается в космос, а также сколько тепла излучается Землёй.

На альбедо Земли влияют многие факторы: облака, океаны, снег, лёд и суша отражают разное количество солнечного света. Это отражение влияет на климат Земли, поэтому его понимание является ключом к точному прогнозированию климата в будущем.

После проведения первого анализа Чжан написал, что был одновременно «абсолютно потрясён» и скептически настроен по отношению к тому, что увидел, но три особенности выделялись особенно явно.

Во-первых, эта симметрия наблюдается исключительно на меридиане 27° восточной долготы. Если сместить эту линию на любую другую долготу, симметрия исчезает. Во-вторых, она сохраняется на протяжении всего 25-летнего периода, охватываемого набором данных. Наконец, наблюдается «тройная симметрия»: в обоих полушариях доля свободного ото льда океана одинакова, влияние облачности схоже, а при ясном небе отражается одинаковое количество солнечного света.

При чём тут Эль-Ниньо

Чжан и его соавторы выдвигают гипотезу, что симметрия «восток-запад» связана с явлением Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) — периодической климатической закономерностью, которая влияет на температуру океана и погоду по всему миру. Изучив незначительные изменения точной долготы этой симметрии, они обнаружили корреляцию с данными об ENSO.

В тропиках гигантская воздушная петля, называемая циркуляцией Уокера, действует как огромная конвейерная лента. Тёплый влажный воздух поднимается на западе, движется на восток в верхних слоях атмосферы, а затем охлаждается и опускается, после чего устремляется обратно на запад у поверхности. Согласно исследованию, эта циркуляция выступает в качестве механизма регулирования альбедо.

Циркуляция Уокера способствует формированию различий между «Эль-Ниньо» и «Ла-Нинья» — повторяющимися климатическими явлениями, обусловленными соответственно ослаблением или усилением пассатов в Тихом океане.

В годы явления «Ла-Нинья» циркуляция усиливается, что приводит к потеплению воды, в результате чего в Восточном полушарии образуется больше облаков, и оно отражает чуть больше солнечного света. Во время явления «Эль-Ниньо» циркуляция ослабевает, тёплая вода распространяется по Тихому океану, и, следовательно, Западное полушарие отражает больше солнечного света. На протяжении многих лет эти колебания усредняются, что способствует поддержанию долгосрочной симметрии между востоком и западом, центр которой находится около 27 градусов восточной долготы.

«Природа преподносит нам сюрпризы, и один из них — что именно эта одна долгота, похоже, делит земной шар очень симметрично», — сказал Лоэб. «Очень интересно, что существует именно эта единственная точка на 27 градусах восточной долготы».

Поскольку модели предназначены для моделирования взаимодействий между атмосферой, океанами, сушей, земной корой и другими компонентами Земли, новая симметрия предлагает ещё один способ проверить точность современных климатических моделей. «Я думаю, что краткосрочная польза от такого рода открытий заключается в том, что это ещё одна возможность проверить климатические модели», — отметил Лоэб.

Однако когда учёные проверили, как современные модели предсказывают эту новую симметрию, «модели показали не очень хорошие результаты», — сказал Лоэб. «Они не смогли воспроизвести эту симметрию по оси восток-запад». Согласно исследованию, эта проблема, возможно, «способствует сохраняющейся неопределённости в климатических прогнозах».