Подводя итог: нет, это неправдоподобный механизм, поскольку достаточно большие орбитальные изменения, чтобы объяснить наблюдаемые изменения, действительно значительно изменили бы продолжительность года, и мы бы это заметили.

Правильным ответом на этот вопрос было бы понять, как солнечное воздействие (мощность Солнца в верхних слоях атмосферы) зависит от радиуса орбиты (легко) и понять, как на это реагирует климат (сложно). Если позже у меня будет время, я добавлю к этому ответу раздел, в котором обобщается часть этой информации. Но оказывается, что вы можете дать хороший физический ответ, достаточный, чтобы показать, что это абсурд (что не означает, что это плохой вопрос!).

Ответ простодушного физика

Предположим, что Земля представляет собой, возможно, слегка несовершенное черное тело с температурой$T$, по почти круговой орбите радиуса$R$, и удален от Солнца (которым оно и является). Приходящая энергия от Солнца идет как$R^{-2}$, а мощность, излучаемая Землей, равна$T^{4}$. Отсюда сразу получаем

Где$\alpha$предстоит определить. Для Земли мы знаем, что$T \approx 287\,\mathrm{K}$(это около 14 градусов С) и$R \approx 1.5\times 10^{11}\,\mathrm{m}$. Подключив их, мы получим$\alpha = 1.11\times 10^{8}$(в некоторых единицах я не хочу думать).

(Здесь стоит отметить, что если вы просто рассматриваете Землю как идеально черное тело с постоянной температурой (то есть она полностью проводящая и не имеет более горячей и более холодной сторон), вы можете понять, какой должна быть температура. на самом деле

где$P_S$выходная мощность Солнца и$\sigma$– постоянная Стефана-Больцмана. Это дает$T\approx 278\,\mathrm{K}$что удивительно близко: все планеты, кроме Венеры, на самом деле достаточно близки. Таким образом, это оправдывает простодушный подход: это не так уж и неправильно.)

Итак, теперь, переставляя приведенную выше формулу:

И мы можем подставить наши известные значения и проверить правильный ответ, что он и делает.

Итак, хорошо, давайте предположим, что потепление составляет 1,5 градуса, что правдоподобно для текущего потепления по сравнению с доиндустриальным. Итак, теперь мы хотим вычислить$R_w$, радиус орбиты более теплой Земли:

Таким образом, радиус орбиты должен измениться примерно на$2\times 10^{9}\,\mathrm{m}$объяснить это потепление.

Сколько это стоит? Что ж, от Кеплера мы знаем, что период обращения,$P$(обычно это$T$но я использовал это)

где$G$- гравитационная постоянная Ньютона, а$M$это масса Солнца. Так$G = 6.67\times 10^{-11}\,\mathrm{N}\mathrm{m}^{2}/\mathrm{kg}^{2}$, и$M = 1.99\times 10^{30}\,\mathrm{kg}$.

Включение моего исходного орбитального радиуса дает год$3.17\times 10^{7}\,\mathrm{s}$что близко к правильному ответу. Подключение$R_w$сверху дает год$3.11\times 10^{7}\,\mathrm{s}$. Таким образом, продолжительность года сократится примерно на$6\times 10^{5}\,\mathrm{s}$: около недели.

Я удивлен, насколько велика эта разница: я ожидал чего-то легко обнаруживаемого, но достаточно небольшого, например, час или что-то в этом роде, а не неделю. Возможно, я допустил какую-то числовую или другую ошибку выше.

Однако пункт остается: это неправдоподобный механизм.

Ответ простодушного климатолога

Вот ответ, в котором используется простодушный (но не совсем неправдоподобный) подход, основанный на моделировании климата.

Первое понятие, которое вам нужно здесь, — это понятие радиационного воздействия : это, по сути, разница в инсоляции (энергия, поступающая от Солнца в верхней части атмосферы) и энергия, излучаемая обратно в верхнюю часть атмосферы. В равновесии он должен быть равен нулю: на практике он не равен нулю, потому что система не находится в равновесии (есть погода, времена года и т. д.), но если долгосрочное среднее значение равно нулю, система будет нагреваться или охлаждаться. в долгосрочной перспективе («долгосрочная» здесь означает десятилетия: все, что короче десятилетия, вероятно, будет затоплено хаосом, который мы называем «погодой»).

Все измеряется в ваттах на квадратный метр: радиационное воздействие на самом деле представляет собой поток энергии на единицу площади в TOA, усредненный по поверхности планеты для наших целей (очевидно, что климатическая модель хотела бы не делать это усреднение, а усреднять по любой сетке). размер модели есть).

Один компонент радиационного воздействия — и единственный, о котором мы собираемся заботиться — это солнечное воздействие, которое представляет собой приходящее излучение от Солнца, из которого вычитается излучение, немедленно отраженное. я назову это$F_S$. Для этого есть простая формула:

где$S$- солнечная постоянная, представляющая собой поток, пересекающий орбиту Земли ($S$то, что мы собираемся настроить), и$A$это альбедо (я не знаю, какой это обычный символ). Фактор$4$это потому, что Земля - ​​это сфера: одна половина вообще не получает солнечного света, а среднее значение по освещенному полушарию составляет только половину поступающей энергии (это легко вычислить). Для Земли$A \approx 0.3$, так что мы получаем

Таково солнечное воздействие.

Следующее, что нужно знать, это чувствительность климата : это то, как температура поверхности (а это то, что нас волнует) зависит от изменений внешнего воздействия. Поскольку все изменения довольно малы, оказывается достаточным выразить это в виде линейной зависимости: очевидно, что есть члены более высокого порядка, но они не имеют значения. Я всегда нахожу это немного удивительным, но на самом деле это вполне оправдано. Таким образом, мы можем написать уравнение вида

Где$\Delta T$изменение температуры и$\Delta F$изменение в форсировании.

Теперь вам нужно поверить мне на слово, что значение$\lambda$около$0.8$разумно: это значение, которое дает около$3$градусов потепления для удвоения содержания углекислого газа в атмосфере, что где-то около разумного. Однако чувствительность климата — это то, чего мы не знаем полностью.

Итак, опять же, давайте предположим, что потепление на полтора градуса превышает доиндустриальный климат. И мы получаем

А теперь предположим, что все это происходит от изменения орбиты Земли: больше ничего не меняется. Это предположение должно наполнить вас страхом, но все, что нам нужно, это приблизительная цифра, которую вы помните. Итак, что у нас есть

Так что теперь мы можем просто воспроизвести некоторые вещи, которые мы сделали для модели черного тела:

И мы знаем, что$S_0 = 1370\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$, и$R_0 = 1.5\times 10^{11}$(Я использую$0$достаточно для «изначально», и обратите внимание, что это$\alpha$не то же самое, что$\alpha$в предыдущем разделе, извините). Таким образом, мы можем вычислить$\alpha$:

И теперь мы знаем, что$S = F_S\times 4/0.7$, так

И, наконец, мы можем вычислить$R_w$:

Что дает разницу примерно$1\times 10^{9}\,\mathrm{m}$-- примерно половина того, что давал метод черного тела, но явно сравнимый с ним -- соответствующий разнице в году в несколько дней.

Итак, опять же, это неправдоподобный механизм.

Примечания

Я очень небрежно относился к значащим цифрам и иногда небрежно относился к единицам (опуская некоторые неудобно сложные единицы). Извини. Буду, конечно, рад исправлениям!

Все цифры были взяты из Википедии или какой-либо другой поисковой системы: я думаю, что они разумны, но они могут быть не совсем таковыми.

Подход к моделированию климата содержит два огромных упущения, из-за которых люди, моделирующие климат (полное раскрытие: я работаю где-то, кто занимается моделированием климата), побелеют.

• Чувствительность к климату, мой$\lambda$, — это число, которое мы просто не очень хорошо знаем, и оно ужасно важно, поскольку определяет разницу между «мы все умрем» и «умрем-только бедняки». Число, которое я выбрал, я считаю бесспорным (за исключением людей, которым платят за то, чтобы они говорили иначе).
• Я просто предположил, что изменение радиационного воздействия произошло из-за Солнца. Если бы это было правдой, то мы все могли бы пойти домой, потому что на практике мы знаем (поскольку мы это измеряем), что$S$довольно стабильно, так как Земля на самом деле не движется по спирали к Солнцу (несмотря на Столкновение). Фактически, вычисляя форсирование,$F$чрезвычайно сложно, и это более или менее то, что более или менее хорошо делают климатические модели. Например, если$F_S$должны подняться, то в конечном итоге вы получите больше водяного пара в атмосфере (по мере того, как она нагревается), и это изменяет альбедо (поскольку часть его будет облаками), а также сам по себе является мощным парниковым газом. Таким образом, вы немедленно попадаете в какую-то крайне нелинейную задачу гидродинамики. И это только один механизм, который мы хотя бы в принципе понимаем. Вот почему моделирование климата не простое и важное дело.

В Северном полушарии зима , и мы находимся в самой близкой точке к Солнцу. Ближайший? Да, вы правильно прочитали. Ближайший. Для северян только что прошло зимнее солнцестояние. Но правда в том, что 3 января 2007 года Земля достигает перигелия, ближайшей точки к Солнцу на ее годовой орбите вокруг нашей звезды.

Земля достигает перигелия 3 января 2007 г. (рис. C). Расстояние от Земли до Солнца составит 147 093 602 км. Афелий, наибольшее удаление от Солнца, приходится на 7 июля 2007 года, когда расстояние от Земли до Солнца составит 152 097 053 км.

Таким образом, из этого видно, что не расстояние контролирует среднюю температуру в полушариях, безусловно, изменение зима/лето намного больше, чем крошечное по отношению к нему наблюдаемое глобальное потепление.

Вот почему не было разработано никакой модели, основанной на принципах «земля может приближаться к солнцу». Очевидно, что наблюдаемые температуры связаны со многими другими факторами, влияющими на атмосферу и поверхность, такими как альбедо и т. д., а не только с расстоянием до Солнца. Ответ tfb примерно показывает, что наши календари изменились бы, если бы такое произошло.

Взгляните на этот сайт , чтобы увидеть, что является причиной смены времен года.

Если бы наша планета сошла с орбиты, мы бы поджарились или замерзли. Невозможно объяснить глобальное потепление, если мы все не умрем. на каждую милю вперед наша планета приближается к солнцу на 1/9 дюйма, и если бы мы пошли на 1/8 дюйма, мы бы поджарились. если бы мы продвинулись на 1/10 дюйма, мы бы замерзли.