¿Nos estamos alejando del sol?

Wolfram | Alpha es un gran recurso para calcular este tipo de cantidades. Por ejemplo, si desea calcular qué fracción de la masa del Sol se pierde por fusión para generar la energía de luz y calor que emite el Sol, puede ingresar esta expresión en Wolfram | Alpha:

(luminosidad solar) * (segundos en un año) / ((velocidad de la luz) ^ 2) / (masa solar)

y obtenga el resultado: [matemáticas] 6.787 \ veces 10 ^ {- 14} [/ matemáticas] = la fracción de la masa del Sol que se convierte en energía cada año (ver: http://www.wolframalpha.com/inpu… )

Wolfram | Alpha también es excelente para ayudarlo a visualizar esa fracción aparentemente pequeña de la masa del Sol: por ejemplo, si convierte esa masa que se está convirtiendo completamente en energía cada año en la masa de un volumen equivalente de agua, obtiene lo siguiente interesante y comprensible resultados de Wolfram | Alpha para ese volumen equivalente:

  • 4.766 × 10 ^ 15 pies ^ 3 (pies cúbicos)
  • ~ 11 × volumen del Lago Superior (~ 12200 km ^ 3)
  • Radio r de una esfera = 20 millas = 32 km (kilómetros)

(ver http://www.wolframalpha.com/inpu…) Para comparar, la bomba nuclear equivalente a 15 kilotones TNT explotada en Hiroshima solo habría convertido 0.6 gramos de materia en energía (ver http://www.wolframalpha.com/inpu …)

De acuerdo con Wikipedia (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Sol…) el viento solar también resulta en una pérdida de masa fraccional anual adicional de [matemáticas] (2-3) \ veces 10 ^ {- 14} [ /matemáticas]. Entonces, la fracción de pérdida de masa solar anual total es de aproximadamente [matemática] 10 ^ {- 13} [/ matemática] de la luminosidad solar y el viento solar.

A medida que el Sol pierde masa, la órbita de la Tierra cambiará, sin embargo, el momento angular orbital total debe permanecer constante. Suponiendo que la Tierra viaja en una órbita circular a velocidad constante, el momento angular es proporcional al radio de la órbita de la Tierra ([matemática] r [/ matemática]) veces la velocidad de la Tierra. La velocidad será [matemática] 2 \ pi r / T [/ matemática] (donde [matemática] T [/ matemática] es el período) y, por lo tanto, para conservar el momento angular, la relación [matemática] r ^ 2 / T [/ matemática ] debe ser constante y, por lo tanto, [math] T \ propto r ^ 2 [/ math].

Ahora, la fórmula para el período de la órbita de la Tierra alrededor del Sol es

[matemáticas] T ^ 2 = 4 \ pi ^ 2 r ^ 3 / (G M_ {Sun}) [/ matemáticas]

donde [matemáticas] G [/ matemáticas] es la constante de Newton (ver http://www.wolframalpha.com/inpu…). Sustituyendo [math] T = K r ^ 2 [/ math] y resolviendo [math] r [/ math] obtenemos:

[matemáticas] r \ propto 1 / {M_ {dom}} [/ matemáticas]

Por lo tanto, la disminución fraccional anual [matemática] 10 ^ {- 13} [/ matemática] en la masa del Sol dará como resultado un aumento anual del radio de la órbita de la Tierra de aproximadamente

  • [matemáticas] 1.5 [/ matemáticas] centímetros por año

(ver http://www.wolframalpha.com/inpu…).

Dado que el período de la órbita (la duración de un año) es proporcional al radio al cuadrado, eso significa que la duración del año aumentará aproximadamente

  • [matemáticas] 6.3 [/ matemáticas] microsegundos por año

(ver http://www.wolframalpha.com/inpu…)

Este aumento del radio de la órbita de 1.5 centímetros por año es muy insignificante; por ejemplo, en los 5 mil millones de años de vida que tiene el Sol hasta que entra en la fase gigante roja, el radio solo aumentará en 46,000 millas, que es solo el 0.05% de El radio actual de la órbita. Del mismo modo, el año solo aumentaría en 8 horas y 45 minutos en esos 5 mil millones de años.

Hay perturbaciones más significativas en la órbita de la Tierra que tienen efectos mucho más grandes, como la atracción gravitacional de Júpiter y los otros planetas. Estas atracciones tendrán efectos a corto plazo, como disminuir o aumentar el año en curso, dependiendo de las posiciones de los planetas y los efectos a largo plazo de cambiar realmente la órbita de la Tierra. Todos estos efectos serán mucho mayores que el efecto calculado aquí.

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Por cierto, el artículo de Wikipedia que calcula este efecto es incorrecto. Dice que el aumento será de [matemáticas] 1.25 [/ matemáticas] microsegundos por año (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Yea…). Están equivocados ya que acaban de usar la fórmula [matemáticas] T \ propto 1 / \ sqrt {M} [/ matemáticas] (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Yea…) y no tomaron en cuenta conservación del momento angular que dará como resultado un aumento de radio y un aumento de período al mismo tiempo.

PD: Si la página de Wikipedia ya no dice 1.25 microsegundos, es porque Wikipedia aceptó mi edición de esa página.

PPS: Este no es un anuncio de Wolfram | Alpha y no tengo ninguna afiliación con Wolfram | Alpha. ¡Creo que es una herramienta muy útil!

En realidad lo hace, pero no a un nivel que importe en el corto plazo cosmológico. El sol irradia aproximadamente 4e26 W, o el equivalente a 4 millones de toneladas métricas por segundo. El viento solar contribuye una cantidad comparable a la tasa de pérdida de masa del sol. Si esta tasa fuera constante durante la vida útil de la secuencia principal de 10 mil millones de años del sol, entonces podría esperar que el sol pierda menos del 0.1% de su masa. Compensar la pérdida de masa del sol en un grado muy leve es la caída de los cometas.

¿Qué significa esto para los planetas? Si la energía orbital de los planetas se mantuviera constante durante toda su vida, esto significaría que los ejes semi-principales de sus órbitas crecerían gradualmente en menos del 0.1% durante 10 mil millones de años. ¡Nuestra comprensión actual de la evolución del sistema solar muestra cambios mucho más dramáticos con el tiempo!

Cuando la unidad astronómica (UA) se definió en términos de tiempo y la tercera ley de Kepler en lugar de un número exacto de metros, había cierta preocupación entre los astrónomos de que la pérdida de masa cambiaría la longitud de la UA. Dada la tasa de pérdida de masa, puede calcular que este cambio equivaldría a aproximadamente 0.3-1 metro por siglo. Curiosamente, la tasa de cambio de la antigua UA se mide misteriosamente mucho más grande, ¡o alrededor de 15 metros por siglo!
http://link.springer.com/article

La Tierra se aleja lentamente del sol, pero por otras razones que las que usted mencionó en su pregunta.

La aceleración de marea es un efecto de las fuerzas de marea entre un satélite natural en órbita y el objeto primario que orbita. La aceleración provoca una recesión gradual de un satélite en una órbita programada lejos del primario, y una desaceleración correspondiente de la rotación del primario. El proceso finalmente conduce al bloqueo de las mareas, generalmente del primero más pequeño y luego del cuerpo más grande. El sistema Tierra-Luna es el caso mejor estudiado donde este proceso está conduciendo la órbita de la luna hacia afuera: las mareas levantadas por la luna en nuestros océanos están transfiriendo gradualmente la energía rotacional de la Tierra al movimiento lunar. Como consecuencia, cada año la órbita de la luna se expande unos 4 cm y la rotación de la Tierra se ralentiza en 0.000017 segundos.

Los dinámicos rusos Gregoriy A. Krasinsky y Victor A. Brumberg calcularon en 2004 que el sol y la Tierra se están separando gradualmente. El sol y la Tierra están literalmente empujándose unos a otros debido a su interacción de marea. [1]

La masa de la Tierra está elevando una pequeña pero sostenida protuberancia de marea en el sol. Esto hace que la velocidad de rotación del sol disminuya en 3 milisegundos por siglo (0.00003 segundos por año). La distancia entre la Tierra y el sol está creciendo 15 cm por año porque el sol está perdiendo su momento angular.

Esto y la expansión del espacio a 75 km por segundo por megaparsec moverán la órbita de la Tierra 40-50 millones de millas más lejos del Sol para cuando el Sol se convierta en un gigante rojo. Las órbitas de los planetas son realmente caóticas durante miles de millones de años. Es imposible predecir que el sistema solar no se verá igual en 5 mil millones de años.

Si la tierra y los planetas exteriores, sobreviven hasta que los últimos jadeos del sol se desvanecen casi la mitad de su masa como una nebulosa planetaria, los planetas pueden derivar al espacio oscuro si se ven perturbados por una gran masa que pasa y deambulan solo por la oscuridad. Lo más probable para toda la eternidad o al menos hasta el final de los tiempos.

Notas al pie

[1] ¿Por qué la Tierra se aleja del sol?

Aunque el Sol está perdiendo masa a un ritmo aparentemente enorme, sigue siendo un porcentaje microscópico de la masa total del Sol y está parcialmente equilibrado por los cometas y los asteroides que caen. La masa de la Tierra también está aumentando muy ligeramente cada año también debido a la caída de meteoritos.
Para cuando la masa del Sol sea lo suficientemente baja como para hacer un cambio significativo en la órbita de la Tierra, el Sol se habrá convertido en un gigante rojo y la Tierra que conocemos habrá desaparecido hace mucho tiempo.
http://www.suntrek.org/sun-as-a-
ACTUALIZAR:
el año aumenta en aproximadamente 1,5 microsegundos por año debido a la masa perdida por el sol. otros dos efectos agregan una pequeña cantidad más a esta cifra.
http://en.wikipedia.org/wiki/Yea
La Tierra se aleja del Sol a una velocidad de 15 cm por año o 150 km por millón de años.
http://arxiv.org/abs/0907.2469
.

Trataré de mantener esto simple. La luminosidad del sol es de aproximadamente [matemáticas] 4 \ veces10 ^ {26} [/ matemáticas] Julios / s. Casi toda esta energía proviene de la fusión nuclear, por lo que parte de la masa m se convierte directamente en energía. Usando [math] E = mc ^ {2} [/ math], esta masa es aproximadamente [math] 4 \ times10 ^ {9} [/ math] kg / so [math] 10 ^ {20} [/ math] kg / milenio. A modo de comparación, la masa del sol es [matemática] 2 \ veces10 ^ {30} [/ matemática] kg, lo que significa que solo pierde una décima billonésima parte de su masa cada 1000 años.

El momento angular de la tierra alrededor del sol es [matemática] L = mvr [/ matemática] donde m es la masa de la tierra, [matemática] v = 2 \ pi r / T [/ matemática] es su velocidad de rotación, r es su distancia desde el sol y T es su período de rotación (es decir, 1 año). El momento angular se conserva, por lo que esta cantidad permanece constante.

El período de rotación de la Tierra también obedece a la ecuación [matemáticas] T ^ {2} = 4 \ pi ^ {2} r ^ {3} / (GM_ {sol}) [/ matemáticas]. Si resuelves T y lo pegas en la ecuación de momento angular, encontrarás que [math] rM_ {sun} [/ math] es una constante. Esto significa que si la masa del sol se reduce en 1 billonésima parte, la distancia r entre la tierra y el sol aumenta en el mismo porcentaje.

La distancia tierra / sol es de aproximadamente [matemática] 10 ^ {11} [/ matemática] metros, lo que corresponde a un aumento de 10 metros cada 1000 años o aproximadamente 1 cm / año.

Pero la cosa es que el sol consiste en el 99.7% de la masa de nuestro sistema solar, por lo que los cuerpos que caen en nuestra tierra no hacen ninguna gran diferencia, pero sin embargo, los cuerpos que caen en el sol realmente harán una gran diferencia, pero realmente siento Si el ciclo de vida terrestre ha cruzado unos pocos millones de años, la distancia habría aumentado ligeramente.

No es mucho más ligero. Es una pequeña cantidad. Recuerde que un trozo de masa en el centro del sol emite casi tanto calor como un trozo de una pila de compost. Es solo porque el sol es tan grande y relativamente aislado que hace mucho calor.

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