Земля отражает свет симметрично: учёные нашли тайную линию, делящую планету пополам

Полвека учёные знали, что Северное и Южное полушария Земли имеют практически одинаковое альбедо — количество солнечного света, которое они отражают обратно в космос. Это справедливо, хотя два полушария выглядят совершенно по-разному: в Северном больше суши, а в Южном — океана.

Теперь исследователи обнаружили ещё одну удивительную симметрию, скрытую в данных: восточная и западная половины Земли, по-видимому, тоже отражают одинаковое количество солнечного света. Об этом они сообщили в исследовании, опубликованном 3 июня в журнале Nature. Разделительная линия, как выяснилось, проходит по большому кругу, опоясывающему всю планету. Он состоит из двух меридианов: 27 градусов восточной долготы и 153 градуса западной долготы, которые тянутся от Северного до Южного полюса через Восточную Европу, Турцию, Центральную Африку, Норвегию и Аляску.

«Учитывая, что Земля приблизительно сферична, неудивительно, что её можно разделить на два непересекающихся полушария, отражающих равное количество солнечного света», — пишут авторы. Но что действительно удивляет, так это точность совпадения. Вероятность того, что два полушария естественным образом будут отражать солнечный свет с разницей в пределах 0,01 ватта на квадратный метр, составляет менее трёх процентов. Если симметрия — фундаментальная часть земного климата, это открытие поможет учёным протестировать и, возможно, улучшить глобальные климатические модели для прогнозирования будущего потепления.

Тайная симметрия

Если точный механизм северо-южной симметрии десятилетиями ускользал от учёных, то для своего открытия авторы исследования, похоже, нашли вероятную причину. С самого начала космической гонки в конце 1950-х годов исследователи стремились вычислить альбедо Земли. «Тогда это был действительно животрепещущий вопрос», — рассказал Live Science Норман Лоэб, атмосферный учёный, возглавляющий проект NASA Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) и не участвовавший в новом исследовании. Около полувека назад ответ нашли с помощью спутниковых снимков.

Планетарное альбедо Земли составляет около 29 процентов, согласно исследованию. Это означает, что примерно 0,29 солнечного излучения, попадающего на планету, отражается обратно в космос. Для сравнения: идеальное зеркало имело бы альбедо, равное единице, поскольку отражало бы 100 процентов падающего на него света. Другие анализы показали, что альбедо Северного полушария совпадает с альбедо Южного, хотя недавняя работа, одним из соавторов которой был Лоэб, указывает, что Северное полушарие теперь поглощает больше света, чем Южное, — вероятно, из-за таяния снега и льда, снижения загрязнения воздуха и роста концентрации водяного пара.

Оставляя в стороне этот недавно обнаруженный дисбаланс, Чжан, исследователь из Кооперативного института исследований в области наук об окружающей среде Университета Колорадо в Боулдере, вместе с коллегами задался вопросом: не упустили ли учёные другие симметрийные пары и не сочли ли их слишком тривиальными для изучения? Чтобы выявить симметрию, Чжан и его соавторы проанализировали 25 лет спутниковых наблюдений, с 2001 по 2025 год, собранных программой CERES, которая использует спутники для измерения энергетического баланса Земли. Приборы на этих спутниках измеряют, сколько отражённого солнечного света уходит обратно в космос, а также сколько тепла излучает Земля.

След Эль-Ниньо

Альбедо Земли формируется множеством факторов: облака, океаны, снег, лёд и суша отражают разное количество солнечного света. Это отражение влияет на климат планеты, поэтому его понимание — ключ к точному представлению о климате в будущем. Запустив первый анализ, Чжан написал, что был одновременно «совершенно поражён» и настроен скептически к увиденному, однако три особенности сразу бросились в глаза. Во-первых, симметрия уникальна именно для меридиана 27 градусов восточной долготы. Если сдвинуть линию на любую другую долготу, симметрия исчезает. Во-вторых, она устойчива на всём протяжении 25-летнего массива данных. И наконец, наблюдается «тройная симметрия»: два полушария содержат схожие доли свободного ото льда океана, испытывают сходные облачные эффекты и отражают одинаковое количество солнечного света при ясном небе.

Чжан и его соавторы предполагают, что симметрия «восток — запад» связана с Эль-Ниньо — Южным колебанием (ENSO) — повторяющимся климатическим паттерном, который меняет температуру океана и погоду по всему земному шару. Изучив небольшие изменения точной долготы этой симметрии, они обнаружили корреляцию с данными по ENSO. В тропиках гигантская воздушная петля, называемая циркуляцией Уокера, действует как большой конвейер. Тёплый влажный воздух поднимается на западе, движется на восток высоко в атмосфере, затем охлаждается, опускается и возвращается обратно на запад у поверхности. Эта циркуляция, согласно исследованию, служит механизмом регулировки альбедо.

Циркуляция Уокера помогает формировать разницу между Эль-Ниньо и Ла-Нинья — повторяющимися климатическими фазами, основанными, соответственно, на ослабленных или усиленных тихоокеанских пассатах. В годы Ла-Нинья циркуляция сильнее, порождая более тёплую воду, поэтому в Восточном полушарии больше облаков, и оно отражает чуть больше солнечного света. Во время Эль-Ниньо циркуляция ослабевает, тёплая вода растекается по Тихому океану, и Западное полушарие отражает больше. На протяжении многих лет эти колебания усредняются, помогая удерживать долгосрочную симметрию «восток — запад» с центром вблизи 27 градуса восточной долготы.

Модели не справляются

«Природа подбрасывает нам сюрпризы, и это любопытный сюрприз — что одна-единственная долгота, похоже, делит земной шар столь симметрично», — сказал Лоэб. «Действительно интересно, что существует эта точка на 27 градусах». Поскольку климатические модели созданы для симуляции взаимодействий Земли между атмосферой, океанами, сушей, корой и другими компонентами, новая симметрия предлагает ещё один способ проверить, точны ли текущие модели. «Я думаю, краткосрочная польза такого открытия в том, что это дополнительный тест для климатических моделей», — заметил Лоэб.

Однако когда учёные проверили, как нынешние модели предсказывают новую симметрию, «модели показали себя не очень хорошо, — сказал Лоэб. — Они не воспроизвели эту симметрию «восток — запад»». Эта проблема, возможно, «вносит вклад в сохраняющуюся неопределённость климатических прогнозов», отмечается в исследовании. Если модели не улавливают фундаментального баланса, который природа выдерживает с точностью до трёх процентов, — это тревожный звонок для всей климатической науки.

Источники:
Zhang et al. (2026). Nature; интервью с Норманом Лоэбом (NASA CERES) для Live Science; данные спутниковых наблюдений CERES за 2001–2025 гг.