Εκκεντρότητα (eccentricity) σημαίνει ότι ο Ήλιος δεν βρίσκεται στο κέντρο της ελλειπτικής τροχιάς της Γης, αλλά σε ένα από τα εστιακά σημεία. Η εκκεντρότητα της τροχιάς της Γης, κατά την περιστροφή της γύρω από τον Ήλιο, μεταβάλλεται από σχεδόν 0 έως περίπου 0,05 – 0,06, με αποτέλεσμα, από σχεδόν κυκλική τροχιά, να μεταπίπτει σε ένα ελαφρώς επίμηκες ελλειψοειδές σχήμα, ακριβώς όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Το φαινόμενο επηρεάζει τον κύκλο των εποχών και οφείλεται στη βαρυτική έλξη, που δέχεται η Γη από άλλους πλανήτες και από τη Σελήνη. Όσο και αν ακούγεται περίπλοκο, είναι απλό: όταν η Γη είναι πιο κοντά στον Ήλιο, δέχεται περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία. Για παράδειγμα, αν ένα ημισφαίριο βρεθεί πλησιέστερα στον Ήλιο, κατά τη διάρκεια του χειμώνα, τότε ο χειμώνας είναι λιγότερο βαρύς. Εάν τον προσεγγίσει κατά το καλοκαίρι, τότε το ημισφαίριο γίνεται σχετικά πιο θερμό. Επιπλέον, μια πιο έκκεντρη τροχιά θα αλλάξει τη διάρκεια των εποχών κάθε ημισφαιρίου.

Η μεταβολή της εκκεντρότητας, επηρεάζει την απόσταση της Γης από τον Ήλιο. Έτσι, λέμε πως όταν η απόσταση αυτή είναι η μικρότερη δυνατή, η Γη βρίσκεται στο περιήλιο P της τροχιάς της (Ιανουάριος), ενώ όταν είναι η πλέον απομακρυσμένη βρίσκεται στο αφήλιο Α (Ιούλιος). Σήμερα, η τρέχουσα εκκεντρότητα είναι της τάξεως του 0.017, με τη Γη να είναι 5 εκατομμύρια km πιο κοντά στον Ήλιο στο περιήλιο παρά στο αφήλιο. Δηλαδή, η απόσταση Γης-Ηλίου είναι 147 εκατομμύρια km στο περιήλιο  και 152 εκατομμύρια km στο αφήλιο.

Ας δούμε για άλλη μια φορά την ελλειπτική τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο — αυτό δεν είναι τίποτα άλλο, παρά οι “ΕΠΟΧΕΣ”.

Ποιές είναι λοιπόν οι μεταβολές που θα προκύψουν? Η μεταβολή στην εκκεντρότητα επηρεάζει το συνολικό ποσό ακτινοβολίας που λαμβάνει η Γη (σήμερα, παρουσιάζεται 6% αύξηση της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας από τον Ιούλιο έως τον Ιανουάριο). Κυρίως όμως επηρεάζεται σημαντικά η διάρκεια των εποχών. Όταν η εκκεντρότητα θα είναι μεγάλη, η τροχιά θα είναι εξαιρετικά ελλειπτική, και η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που γίνεται δεκτή στο περιήλιο θα είναι της τάξης του 20 έως 30% μεγαλύτερη εκείνης κατά το αφήλιο, με αποτέλεσμα ένα σημαντικά διαφορετικό κλίμα από αυτό που βιώνουμε σήμερα.

Δείτε σε αυτά τα σχήματα τι σημαίνει Εκκεντρότητα=0 και Εκκεντρότητα=0,5 (Robert Simmon, NASA GSFC) 

Ερμηνεία σχημάτων: η εκκεντρότητα της τροχιάς της Γης αλλάζει αργά με την πάροδο του χρόνου. Καθώς η τροχιά γίνεται περισσότερο έκκεντρη (ωοειδής), η διαφορά μεταξύ της απόστασης από τον Ήλιο στη Γη στο περιήλιο (πλησιέστερη προσέγγιση) και το αφήλιο (μέγιστη απομάκρυνση) γίνεται όλο και μεγαλύτερη. 

Η κλίση του άξονα της Γης υφίσταται λόξευση (ή απόκλιση obliquity), από 22,1° έως 24,5°.   Η απόκλιση είναι η γωνία μεταξύ του άξονα περιστροφής της γης και της καθέτου στο επίπεδο περιστροφής της γης γύρω από τον ήλιο. Το φαινόμενο αυτό έχει περιοδικότητα 41.000 ετών περίπου. Παρόλο που οι μεταβολές στη λόξευση είναι μικρές, ωστόσο προκαλούν σημαντικές αλλαγές στο κλίμα. Έτσι, μια αύξηση στην κλίση του άξονα μεγαλώνει τη γωνία με την οποία προσπίπτει η ηλιακή ακτινοβολία στους πόλους, αυξάνοντας τη θερμότητα που φτάνει στην επιφάνεια της Γης και επομένως τη θερμοκρασία της.

Η σημερινή αξονική κλίση είναι 23,5 ° (Robert Simmon, NASA GSFC),  δηλαδή κοντά στη μέση τιμή.

Η αλλαγή στην κλίση του άξονα της γης, επηρεάζει την έκταση της εποχιακής αλλαγής. Σε μεγαλύτερες κλίσεις οι εποχές είναι πιο ακραίες (θερμότερα καλοκαίρια και ψυχρότεροι χειμώνες) και σε μικρότερες κλίσεις είναι πιο ήπιες οι εποχές. Γενικά, οι αλλαγές στην κλίση έχουν μικρή επίδραση κοντά στον ισημερινό, αλλά μέγιστα αποτελέσματα στους  πόλους.

Στα επόμενα γραφικά, μπορεί κανείς να δει πως μικρή αξονική κλίση (21,5^ο ) σημαίνει περισσότερη ζέστη στους πόλους, μεγάλη αξονική κλίση (23,5°), λιγότερη ζέστη στους πόλους. ΌΠως είπαμε, οι περιοχές κοντά στον ισημερινό, επηρεάζονται λιγότερο (Robert Simmon, NASA GSFC) 

Η διάρκεια της ημέρας αποτελεί έναν εξίσου σημαντικό παράγοντα προσφοράς ενέργειας προς την επιφάνεια. Προφανώς, όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια της ημέρας, τόσο μεγαλύτερη η προσφορά θερμότητας από τον Ήλιο. Είναι γνωστό επίσης πως κατά τη θερινή περίοδο ο Ήλιος βρίσκεται στην υψηλότερη θέση του στον ουρανό κάθε περιοχής. Αυτό οφείλεται στην κλίση του πλανήτη κατά 23,5^οκαθώς περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο

Δείτε στο σχήμα, πως η Γη παρουσιάζει κλίση 23,5 κατά την περιστροφή της γύρω από τον Ήλιο και ο άξονάς της δείχνει πάντα προς την ίδια κατεύθυνση. Τον Ιούνιο, στο θερινό ηλιοστάσιο, το Βόρειο Ημισφαίριο έχει κλίση προς τον Ήλιο με αποτέλεσμα μεγαλύτερη ροή ακτινοβολίας προς αυτές τις περιοχές του Βόρειου Ημισφαιρίου.

Οι μεταβολές στην αξονική μετάπτωση (precession) μετατοπίζουν τις ημερομηνίες του περιηλίου και του αφηλίου, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η εποχική αντίθεση στο ένα ημισφαίριο και να μειώνεται η εποχική αντίθεση στο άλλο. Επίσης, οι ισημερίες δε συμβαίνουν πάντα την ίδια ημέρα του ημερολογίου, αλλά βαθμιαία αλλάζουν.

Στο σχήμα υπενθυμίζουμε: η μετάπτωση είναι η αλλαγή στον προσανατολισμό του άξονα περιστροφής της Γης

Δείτε αυτό: Σε 14.000 χρόνια από τώρα, ο άξονας της γης θα έχει μετατοπιστεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε το βόρειο ημισφαίριο να έχει χειμώνα τον Ιούνιο και καλοκαίρι το Δεκέμβριο. Η παράμετρος της μετάπτωσης των ισημεριών σε συνδυασμό με την εκκεντρότητα μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές ~15% στην καλοκαιρινή ροή ακτινοβολίας στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη.

Μετά από την ανάλυση όλων των παραπάνω, ο Milankovitch, κατέληξε στο συμπέρασμα πως ο συνδυασμός των ανωτέρω 3 κύκλων έχει επιπτώσεις στη σχετική ένταση του καλοκαιριού και του χειμώνα. Τα δροσερά καλοκαίρια στο βόρειο ημισφαίριο, στα μέρη με περισσότερη στεριά, επιτρέπουν στο χιόνι και στον πάγο να διατηρούνται μέχρι και τον επόμενο χειμώνα. Αυτό βοηθάει στην ανάπτυξη μεγάλων παγόβουνων και στη διατήρησή τους για εκατοντάδες έως χιλιάδες χρόνια. Αντιθέτως, τα θερμότερα καλοκαίρια μειώνουν την έκταση των παγόβουνων, γιατί συμβάλλουν στην τήξη τους.

Χρησιμοποιώντας τις 3 τροχιακές παραλλαγές (εκκεντρότητα, λόξευση μετάπτωση), ο Milankovitch διατύπωσε ένα μαθηματικό μοντέλο που υπολογίζει τις διαφορές γεωγραφικού πλάτους στην ηλιακή έκθεση και την αντίστοιχη επιφανειακή θερμοκρασία για 600.000 χρόνια πριν από το έτος 1800. Στη συνέχεια συσχέτισε αυτές τις αλλαγές με την ανάπτυξη και την υποχώρηση των Εποχών των παγετώνων, θεωρώντας ότι οι αλλαγές ακτινοβολίας σε ορισμένα γεωγραφικά πλάτη και οι εποχές, είναι υπεύθυνες για την ανάπτυξη και την τήξη του πάγου. Ο Milankovitch παρατήρησε ότι αυτοί οι κύκλοι της τροχιακής μηχανικής αντιστοιχούν σε πολλούς δείκτες κλιματικών αλλαγών του παρελθόνοτς, όπως οι Εποχές των Παγετώνων (Bergerand Loutre, 1991).

Για περίπου 50 χρόνια, η θεωρία του Milankovitch αγνοήθηκε σε μεγάλο βαθμό. Στη συνέχεια, το 1976, μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science εξέτασε πυρήνες ιζημάτων βαθέων υδάτων,  διαπίστωσε ότι η θεωρία αντιστοιχούσε πράγματι σε περιόδους κλιματικής αλλαγής (Haysetal., 1976). Συγκεκριμένα, από  καταγραφές θερμοκρασιακής αλλαγής έως 450.000 χρόνων πριν, βρέθηκε ότι οι μεγαλύτερες διακυμάνσεις του κλίματος συνδέονταν στενά με αλλαγές στη γεωμετρία (εκκεντρότητα, λόξευση και μετάπτωση) της τροχιάς της Γης. Πράγματι, οι εποχές των παγετώνων είχαν προκύψει όταν η Γη περνούσε από διαφορετικά στάδια παραλλαγής της τροχιάς. Έκτοτε, το Συμβούλιο Εθνικής Έρευνας της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ έχει υιοθετήσει τη θεωρία των κύκλων του Milankovitch.

Ωστόσο, δε μπορούν να μην αναφερθούν και κάποια βασικά μειονεκτήματα της συγκεκριμένης θεωρίας, και αυτά είναι τα εξής:

1. Οι κύκλοι του Milankovitch δεν υπολογίζουν τον παράγοντα “άνθρωπος”, ο οποίος επηρεάζει το κλίμα περισσότερο από ότι η αλληλεπίδραση Γης – Ηλίου.
2. Πρόσφατα στοιχεία δείχνουν ότι το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) ενισχύει κατά πολύ την τροχιακή επίδραση.
3. Οι ακριβείς μηχανισμοί που δείχνουν ότι μικρές μεταβολές στην κατεύθυνση της τροχιάς και των αξόνων της Γης οδηγούν σε εντυπωσιακά αποτελέσματα, όπως οι παγετώδεις εποχές, δεν αποδεικνύονται επαρκώς.

Για περισσότερες πληροφορίες, επισκεφθείτε τους συνδέσμους:

• Milankovitch Cycles—Changes in Earth-sun Interaction
• The Earth’s Changing Orbit
• https://earthobservatory.nasa.gov/features/Milankovitch/milankovitch.php