Насколько близко Солнце должно подойти к Земле, чтобы иметь серьезные последствия?

Я собираюсь использовать Gm (1 гигаметр =$1\times10^9$м) и градусов Цельсия для этого ответа.

При приближении к Солнцу, вероятно, самой серьезной проблемой станет повышение температуры.

Некоторое время назад я написал программу, которая вычисляет эффективную температуру поверхности планеты . Выкопав его обратно, я немного поиграл со значениями. Важно отметить, что эффективная температура не совпадает с фактической температурой поверхности, поскольку она не учитывает атмосферу Земли. Если бы у Земли не было атмосферы, это была бы правильная фактическая температура.

При нашем текущем расстоянии (в среднем) 149,6 Гм эффективная температура составляет 257 К, или -16°C (на некоторых веб-сайтах указаны другие значения ±2°C). НАСА приводит фактическую среднюю температуру 15°C. Предполагая линейную зависимость между эффективной температурой и фактической температурой, мы можем считать, что$T_{actual} = T_{eff}+31 \pm 2$.

Итак, что произойдет, если мы переместимся, скажем, на 10Gm ближе?

Ну, эффективная температура поверхности сейчас -7°C, и я предполагаю, что фактическая температура будет около 24°C. Это повышение на 9°C. Мы, вероятно, все еще могли бы выжить, но с трудностями. Во-первых, уровень моря поднимется более чем на 40 метров, в результате чего мир будет выглядеть (в лучшем случае) вот так . Непростая ситуация, но тем не менее переживаемая. Конечно, будут и другие последствия, такие как усиление экстремальных погодных условий, массовое вымирание видов и, вероятно, множество вещей, которые трудно предвидеть, но я не собираюсь их предсказывать.

Итак, как насчет движения к Солнцу на 20Gm?

Эффективная температура теперь составляет ~3°C, а температура поверхности около 34°C. Теперь все начинает ухудшаться. Все ледяные шапки растаяли . Когда-то плодородные земли превратились в бесплодные пустыни. Выжить сложно, но возможно, хотя голод сейчас является серьезной проблемой для большей части мира (особенно в районе экватора). Гольфстрим, возможно, остановился, что, как ни странно, охладило часть Западной Европы и всю Британию. Это не выглядит хорошо.

Как насчет 50Gm?

Эффективная температура 42°C; фактическая температура составляет около 73°C. Вопрос о том, где начинается и где заканчивается обитаемая зона Солнца, остается спорным, но сейчас, на расстоянии 0,65 а.е. от Солнца, вполне вероятно, что мы не в ней. Очень сложно предсказать, что сейчас произойдет. Людям, вероятно, придется оставаться под землей, чтобы остаться в живых, и еда будет серьезной проблемой. Экосистема была бы в значительной степени разрушена, не успев адаптироваться к новой температуре.

Ради интереса, если бы мы приблизились на 100Gm, мы бы достигли температуры около 205°C. Ой. Сейчас мы ближе, чем Меркурий, и посмотрите, как справляется эта планета. Температура ртути колеблется от -173°C до 427°C в зависимости от различных факторов. Выживание без массивного жизнеобеспечения невозможно.

Чуть ближе, и все становится только хуже.

Надеюсь, это подходящий ответ на ваш вопрос!

Земля проходит в пределах 91,4 миллиона миль в течение короткого времени, затем отодвигается дальше и через 6 месяцев достигает 94,5. Эти 3,4% и изменение ближе дают на 7% больше солнечной энергии, но это только для самой близкой и самой дальней точек. Для ближайшего и самого дальнего месяца вариация меньше и (возможно, очевидно) усредняется за весь год.

Есть два способа ответить на этот вопрос - насколько эксцентричной может быть орбита Земли, что сделает перигелий ближе, а афелий дальше , или, 2-й способ, насколько ближе вы можете сделать большую полуось, которая определяет период обращения .

Текущий эксцентриситет Земли составляет 0,017 и уменьшается (статья в Википедии выше). Для простой аппроксимации и орбит с низким эксцентриситетом эксцентриситет 0,017 преобразуется (удваивая его) в 0,034 (или 3,4%) отклонения от перигелия до афелия, что соответствует (1,034 ^ 2), примерно на 7% изменение солнечной энергии.

Максимальный эксцентриситет Земли 0,0679 (на этот раз я посчитаю ), ближайшая точка (1-0,0679) = 0,9321 и самая дальняя (1+0,0679) = 1,0679. Соотношение 1,0679 / 0,9321 = около 14,5%, что соответствует 31,3%-ному изменению солнечной энергии от самого близкого к самому дальнему. Изменение энергии на 14,5% и 31% может показаться большим, но учтите, что изменение солнечной энергии зимой/летом в широтах, удаленных от экватора, может значительно превышать 100%. Таким образом, 31% — это не конец света, на самом деле Земля справляется с этими 31% днями без особых проблем, хотя они могут вызвать или закончить ледниковые периоды в зависимости от того, как они совпадают с другими циклами Миланковича. Мы также должны помнить, что это 31% от самого жаркого до самого холодного, это около 14,5% от самого жаркого к среднему, и опять же, только на один день, затем это число начинает падать.

Изменение размера на 14,5% не так уж велико, как кажется, это примерно разница между самым большим полнолунием или суперлунием и самым маленьким (микромуном) , хотя среднее изменение размера полной луны находится между перигеем и апогеем 11% и 12% в диаметре. . Как часто вы смотрите на полную луну и говорите: «Это больше, чем полная луна 4 месяца назад». Это не значит, что никто не замечает, но многие из нас не узнали бы суперлуние, если бы нам не сказали, когда его искать, хотя это довольно очевидно, если бы мы могли видеть их из стороны в сторону.

Так какой же эффект оказывает периодический эксцентриситет Земли 0,0679? Помимо запуска или, возможно, окончания ледникового периода, не так уж и много.. Вы можете значительно увеличить эксцентриситет Земли без особой опасности для Земли, хотя после определенного момента столкновение с Венерой может стать проблемой.

Давайте повеселимся и увеличим эксцентриситет Земли до 0,15 (это примерно посередине между эксцентриситетами Марса и Меркурия.

Перигелий 0,85% большой полуоси, афелий 1,15%. В перигелии солнечная интенсивность будет (1/0,85) ^ 2 = 38% сильнее, чем обычно. Это может вызвать палящую жару в некоторых местах, где перигелий совпадет с летом, и вы можете столкнуться с сильными холодами, когда афелий совпадет с зимой (обратите внимание, это происходит не всегда, перигелий медленно вращается вокруг календаря каждые 26 000 лет). или так). Но когда он выровняется, вы можете увидеть некоторые экстремальные сезонные погодные условия, но Земля может (я думаю) выдержать даже эксцентриситет 0,15. Виды Венеры в Перигелии тоже были бы впечатляющими, Венера оставалась бы в небе дольше и была бы больше и ярче.

Увеличьте эксцентриситет Земли примерно до 0,26, и Земля и Венера окажутся неудобно/пугающе близко и могут столкнуться друг с другом. Забавно думать об этом, но это потенциальный убийца планеты.

Но помимо создания потенциально большей изменчивости сезонов, некоторых очень диких погодных условий и, возможно, запуска ледникового периода (возможно, самого большого ледникового периода со времен снежного кома Земли) или ускорения изменения климата (все зависит от того, как три цикла Миланковича совпадают с каждым из них). другое), вы можете подтолкнуть орбиту Земли на удивление близко к Солнцу, на полпути к Венере или даже ближе к перигелию, не уничтожив при этом жизнь на планете.

Теперь, если вы скорректируете большую полуось Земли, что ускорит или замедлит движение по орбите, и изменит продолжительность года - при этом вариаций будет намного меньше. @JThistle рассказал об этом. Если вы подтолкнете большую полуось Земли всего на несколько процентных пунктов ближе к Солнцу, Земля нагреется, и она быстро испортится. На самом деле, я думаю, что его оценки консервативны. Уже есть несколько довольно хороших оценок по этому поводу, просто погуглите «какой будет Земля через 500 миллионов лет или через миллиард лет» для нескольких статей. Вот один. Солнце медленно становится больше и ярче, примерно на 1% каждые 100 миллионов лет. Это станет серьезной проблемой уже через 500-600 миллионов лет, а то и меньше. Точно так же приближение к солнцу всего на 2,5%-3% будет иметь аналогичный эффект. Вы не можете сильно уменьшить большую полуось Земли, не вызвав при этом серьезных проблем. Всего 1% может быть достаточно, чтобы со временем растопить Гренландию, поднять уровень моря и предотвратить будущие ледниковые периоды.

Точно так же, если вы отодвинете Землю всего на 1-2% дальше, Земля может вступить в постоянные ледниковые периоды (к счастью, мы можем исправить это, сжигая нефть и уголь), но без антропогенного парникового газа всего на 1%-2% дальше, возможно, сработает постоянный ледниковый период в течение следующих нескольких миллионов лет и, возможно, опасно низкие уровни CO2, по крайней мере, до тех пор, пока Антарктида не сдвинется на север достаточно, чтобы ее лед растаял. Хотя было бы неплохо, если бы вам сказали сжигать нефть на благо планеты. :-)

Это все очень приблизительно, но Земля, как ни странно, находится на очень хорошем расстоянии от Солнца, и всего несколько процентов так или иначе могут быть очень плохими, хотя через 15-25 миллионов лет, когда Антарктида соприкоснется с Южной Америка больше не покрыта льдом, когда это произойдет, у Земли будет больше места для маневра вдали от Солнца, но не ближе к Солнцу.

Очевидно, что точные математические ответы на этот вопрос невозможны. Я просто даю приблизительные значения.

Без сколько-нибудь существенного изменения орбитального расстояния было множество длительных (миллионы лет) тропических или ледниковых периодов, а переходы от одного к другому приводили к довольно большому количеству вымираний.
Точно так же большое солнечное извержение может нанести ущерб независимо от изменения орбитального расстояния.

Я не спорю с другими ответами, просто указываю, что шкала времени имеет значение.