以下文章经The Conversation许可转载，该网站是一家报道最新研究的在线出版物。
春、夏、秋、冬——地球上的季节每几个月变化一次，每年大约在同一时间。在地球上很容易将这个周期视为理所当然，但并非所有行星都有季节的规律变化。那么，为什么地球有规律的季节而其他行星没有呢？
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我是一名研究行星运动和季节成因的天体物理学家。在我的研究中，我发现地球的季节规律模式是独一无二的。地球围绕南北极自转的轴，并非完全对齐与垂直于地球绕太阳轨道的垂直轴。
这种轻微的倾斜对从季节到冰川周期的所有事物都有重大影响。这种倾斜的大小甚至可以决定一颗行星是否适合生命居住。
地球上的季节
当一颗行星的轨道轴与其自转轴之间完全对齐时，它在绕太阳运行时接收到的阳光量是固定的——假设它的轨道形状是一个圆形。由于季节来自到达行星表面的阳光量的变化，因此完全对齐的行星不会有季节。但地球的轴并不是完全对齐的。
这种称为倾斜度的微小不对齐，对于地球来说大约为23度。因此，当太阳位于北半球正上方时，北半球在夏季会经历更强烈的阳光照射。
然后，随着地球继续绕太阳运行，北半球接收到的阳光量会随着北半球向远离太阳的方向倾斜而逐渐减少。这会导致冬季。
在轴上旋转并绕太阳运行的行星看起来有点像旋转的陀螺——它们会旋转并摇摆，因为受到来自太阳的引力。当陀螺旋转时，您可能会注意到它不仅仅保持完全直立和静止。相反，它可能会开始倾斜或稍微摇摆。这种倾斜是天体物理学家所说的自旋进动。
由于这些摇摆，地球的倾斜度并不是完全固定的。当与地球轨道形状的微小变化结合时，倾斜度的这些微小变化会对地球的气候产生重大影响。
摇摆的倾斜度和地球轨道形状的任何自然变化都会改变到达地球的阳光的数量和分布。这些微小的变化会导致地球在数千年到数十万年的时间里发生较大的温度变化。反过来，这会推动冰河时代和温暖时期的到来。
将倾斜度转化为季节
那么，倾斜度变化如何影响行星上的季节呢？低倾斜度，意味着自转轴与行星绕太阳运行时方向一致，会导致赤道上的阳光更强，两极附近的阳光较弱，就像在地球上一样。
另一方面，高倾斜度——意味着行星的自转轴指向或背离太阳——会导致极点非常热或非常冷。同时，赤道会变冷，因为太阳不会全年都照射到赤道上方。这会导致高纬度地区季节变化剧烈，赤道地区温度较低。
当行星的倾斜度超过54度时，该行星的赤道会变得冰冷，极点会变得温暖。这被称为反向地带，与地球的情况相反。
基本上，如果倾斜度有很大且不可预测的变化，那么行星上的季节变化就会变得剧烈且难以预测。剧烈、大的倾斜度变化可以将整个行星变成一个雪球，那里都被冰覆盖。
自旋轨道共振
大多数行星并非其太阳系中唯一的行星。它们的行星兄弟会相互干扰对方的轨道，这会导致它们的轨道形状和轨道倾斜发生变化。
因此，轨道中的行星看起来有点像在颠簸的汽车顶上旋转的陀螺，其中汽车代表轨道平面。当陀螺进动或旋转的速度（或科学家所称的频率）与汽车上下颠簸的频率相匹配时，就会发生一种称为自旋轨道共振的现象。
自旋轨道共振会导致这些倾斜度变化，即行星在其轴上摇摆。想象一下在秋千上推一个孩子。当你在正确的时间（或在共振频率下）推时，他们会越荡越高。
尽管火星和地球的倾斜度大致相同，但火星在其轴上的摇摆幅度比地球大，而这实际上与月球绕地球运行有关。地球和火星的自旋进动频率相似，这与轨道振荡相匹配，是发生自旋轨道共振的必要条件。
但地球有一个巨大的月球，它会拉动地球的自转轴并使其进动得更快。这种稍快的进动可以防止地球经历自旋轨道共振。因此，月球稳定了地球的倾斜度，并且地球不像火星那样在其轴上剧烈摇摆。
系外行星季节
在过去的几十年里，已经发现了数千颗系外行星，或太阳系外的行星。我的研究小组想了解这些行星的可居住性，以及这些系外行星是否也有剧烈的倾斜度，或者它们是否有像地球一样的卫星来稳定它们。
为了调查这一点，我的小组率先对系外行星的自转轴变化进行了研究。
我们调查了开普勒-186f，这是第一个在宜居带中发现的地球大小的行星。宜居带是围绕恒星的一个区域，在该区域中液态水可以存在于行星表面，生命可能能够出现并繁荣发展。
与地球不同，开普勒-186f 位于其太阳系中其他行星的远处。因此，其他行星对其轨道和运动的影响很小。因此，开普勒-186f 通常具有固定的倾斜度，类似于地球。即使没有大的卫星，它也不会像火星那样有剧烈变化或不可预测的季节。
展望未来，对系外行星的更多研究将有助于科学家了解宇宙中各种各样的行星的季节是什么样的。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。