Si el universo se está expandiendo, ¿eso significa que la Tierra también está aumentando su distancia del sol?

La respuesta corta es no, los sistemas gravitacionalmente vinculados no se expandirán (en absoluto) en el futuro.

Hay mucha información errónea sobre este tema en Internet (y Quora), así que intentaré aclararlo. No se puede asumir que la velocidad con la que las galaxias se alejan unas de otras es la misma que la velocidad con la que la Tierra se aleja del Sol.

La expansión del espacio generalmente se describe mediante una función [matemática] a (t) [/ matemática] que llamamos factor de escala. Un factor de escala de [matemáticas] 1 [/ matemáticas] generalmente se toma como el tamaño actual del universo. La forma en que [matemáticas] a (t) [/ matemáticas] cambia con el tiempo está determinada por el contenido medio de materia del universo. Si el universo era principalmente materia, entonces [matemáticas] a (t) \ sim t ^ {2/3} [/ matemáticas]. Si se trataba principalmente de energía oscura, entonces [matemática] a (t) \ sim e ^ {H t} [/ matemática], donde [matemática] H [/ matemática] es una constante.

Nuestro universo estuvo dominado por la materia en el pasado, pero a medida que el universo se expandió, la materia se diluyó. La energía oscura no se diluye con la expansión, por lo que comenzó a dominar la expansión más que la materia en nuestro universo. Todo esto significa que nuestra [matemática] a (t) [/ matemática] es una mezcla de la solución de materia y la solución de energía oscura:

Hasta hace unos miles de millones de años, el universo estaba dominado por la materia (el gráfico se estaba aplanando). Ahora, el universo está dominado por la energía oscura, por lo que el factor de escala se acerca a una curva exponencial hacia arriba. Como puede ver en la trama, el universo duplicará su tamaño actual [matemáticas] a = 2 [/ matemáticas] en unos 10 mil millones de años en el futuro.

La relatividad general es complicada, y la expansión del universo no se aplica necesariamente a los objetos en órbita. En este artículo [1], los autores muestran que el cambio en el radio de una órbita circular es proporcional a [matemática] \ frac {d} {dt} \ left (\ ddot {a} / a \ right) [/ math] . Aquí los puntos significan derivados del tiempo.

Si conoce un poco de cálculo, puede tomar las derivaciones usted mismo y ver que esto es CERO para universos dominados por energía oscura [matemáticas] a (t) \ sim e ^ {H t} [/ matemáticas]. Si no, está bien.

Sin embargo, el universo no siempre ha estado dominado por la energía oscura, y los autores del artículo que relacioné estiman que la órbita de la Tierra se ha expandido aproximadamente el ancho de un núcleo atómico debido a la fase del universo dominada por la materia.

Sin embargo, esta expansión no continuará, a menos que la energía oscura actúe sobre el factor de escala de una manera diferente. Todos los datos experimentales actuales son consistentes con el factor de escala que escribí anteriormente.

Notas al pie

[1] [astro-ph / 9803097v1] La influencia de la expansión cosmológica en los sistemas locales

Parece que el universo solo se está expandiendo en el espacio entre las galaxias. Donde hay muy poca gravedad para afectar esta expansión.

Lo que se especula es una expansión del espacio mismo. Posiblemente causado por partículas virtuales que dejan un residuo de energía a medida que entran y salen de la existencia muy rápidamente.

Dentro de las galaxias, todos los objetos que se encuentran allí se ven afectados por fuerzas gravitacionales y electromagnéticas muy fuertes. La gravedad está empujando todo dentro de la galaxia hacia el centro.

La órbita de la Tierra alrededor del sol también es causada por la gravedad. Es una órbita elíptica, lo que significa que la distancia entre la Tierra y el Sol cambia en consecuencia. Sin embargo, la órbita de la Tierra puede verse ligeramente afectada por los aspectos gravitacionales de otros cuerpos grandes en el sistema solar.

Hasta donde sabemos actualmente, el espacio entre la Tierra y el Sol no se está expandiendo.

No.

La tasa actual de expansión del Universo es de 70 kilómetros por segundo por Megaparsec. En otras palabras, por cada Megaparsec de distancia entre dos puntos en el espacio, esos dos puntos se separan a unos 70 kilómetros por segundo. (1 Megaparsec es 31 mil millones de kilómetros).

El Sol y la Tierra están “solo” a unos 150 millones de kilómetros de distancia. Si utiliza la relación de 70 km / s / Mpc y la reduce a 150 millones de kilómetros, la tasa de expansión entre el Sol y la Tierra es de solo aproximadamente 0,000 000 339 metros por segundo. No kilómetros por segundo … metros por segundo. Si no hubiera otras fuerzas actuando sobre el Sol y la Tierra, así de rápido se estarían separando.

Pero hay otras fuerzas que actúan sobre el Sol y la Tierra … específicamente la gravedad. La atracción gravitacional entre el Sol y la Tierra es lo suficientemente fuerte como para unir los dos cuerpos más rápido de lo que la expansión del espacio puede separarlos. De hecho, eso es cierto para todos los cuerpos en nuestra galaxia, y también para las galaxias circundantes. Dos objetos tienen que separarse tremendamente antes de que la expansión entre ellos “domine” su atracción gravitacional mutua.

La respuesta de Harish Ram es buena, pero tengo dos palabras para agregar:

Aún no.

Usted ve, recientemente se descubrió que la expansión del universo se está acelerando; “Energía oscura” es solo el término que usan los físicos para describir la causa (desconocida) de esta aceleración.

Actualmente, la expansión es tan lenta que incluso los cúmulos y supercúmulos de galaxias tienen tiempo suficiente para que la gravedad los vuelva a unir a medida que se expande el espacio entre ellos; eso también es lo que está sucediendo en el sistema solar.

Pero a medida que la expansión se acelera, la gravedad comenzará a fallar: primero a distancias muy grandes, de modo que los supercúmulos se desmoronarán; eventualmente, incluso en las pequeñas distancias dentro del sistema solar.

Y en algún momento, la expansión del espacio será lo suficientemente rápida como para superar las fuerzas electrostáticas y de otro tipo que también mantienen unidos a los átomos.

Esto se llama The Big Rip.

No. En la actualidad, la expansión del universo parece ser efectiva solo a través de distancias intergalácticas o mayores. Piénselo de esta manera: cada año luz cúbico tiene una pequeña cantidad de fuerza expansiva. Necesita una gran extensión (muchos años luz) antes de que se sume a una expansión detectable.

Dentro de las galaxias (por no hablar de los sistemas solares) la gravedad y otras fuerzas atractivas pueden superar la influencia expansiva.

Aún así, dado que la expansión se está acelerando, algunas personas teorizan que llegará el momento en que la expansión universal sea lo suficientemente fuerte como para desgarrar galaxias, sistemas solares y eventualmente planetas, y finalmente incluso átomos. A veces se llama la teoría del “Big Rip”.

No, porque la tierra está gravitacionalmente unida al sol.

Cuando el aire dentro de una cámara se expande, la distancia entre los átomos en la molécula de aire (por ejemplo: la distancia entre los átomos de oxígeno en la molécula de oxígeno) permanece igual. Del mismo modo, la distancia entre el sol y la tierra sigue siendo la misma, incluso si la estructura del espacio se expande. Porque esta expansión no es suficiente para superar la atracción gravitacional entre el sol y sus planetas.

No, la expansión del universo fue causada por el Big Bang hace unos 13.700 millones de años. Nuestro planeta tiene poco menos de 5 mil millones de años, lo que significa que no está afectado por el Big Bang. O, si desea una respuesta más comúnmente aceptada, la Tierra se mueve en relación con el sol, y se mantiene en órbita por la atracción gravitacional del sol. La única forma en que la Tierra podría alejarse más del sol es si la velocidad de rotación de la Tierra aumenta drásticamente o si la Tierra o el sol pierden masa, lo que debilita su atracción gravitacional.

Primero, la expansión no afecta a los sistemas vinculados. Ese sistema encuadernado más grande en esta época, es el supercúmulo de Virgo.

Segundo, algunos planetas se están acercando al Sol, otros se están acercando. La Tierra está siendo impulsada por las mareas, al tener parte de su rotación convertida en momento angular orbital.

Igual que la Luna se está alejando de la Tierra, nuevamente robando parte de la rotación de la Tierra y convirtiéndola en su propio momento angular orbital.

Si quieres saber más: Preguntas frecuentes en cosmología

El sistema solar es solo eso, un grupo de planetas con el Sol como núcleo. Es, como una entidad en expansión, sin embargo, no estamos ampliando la distancia entre los diversos cuerpos que forman parte de ella.

AIUI, no.

Parece que la expansión es entre galaxias, no entre estrellas dentro de galaxias ni entre planetas cercanos a las estrellas.

Personalmente, me parece sorprendente, lo que probablemente sea una indicación de que realmente no entiendo la cosmología tanto como me gustaría.