Потеряет ли Земля Луну до того, как Солнце станет сверхновой?

Как отметил в своем ответе HDE 226868, Солнце не станет сверхновой. Это то, что испытывают только крупные звезды в конце своей жизни на главной последовательности. Наше Солнце — карликовая звезда. Он недостаточно велик для этого. Вместо этого он расширится до красного гиганта, когда выжжет водород в самом ядре Солнца. Он продолжит сжигать водород как красный гигант, но в оболочке вокруг сферы из отработанного гелия. Солнце начнет сжигать гелий, когда достигнет вершины фазы красного гиганта. В этот момент он немного сожмется; небольшая передышка. Он снова расширится до красного гиганта на асимптотической ветви красных гигантов, когда сожжет весь гелий в самом ядре. Затем он будет сжигать гелий в оболочке, окружающей сферу отработанного углерода и кислорода. Более крупные звезды выходят за рамки горения гелия. Наше Солнце слишком маленькое.

У Солнца есть два шанса как у красного гиганта поглотить Землю. Одни ученые говорят, что Солнце поглотит Землю, другие — что нет. Все это немного академично, потому что Земля будет мертва задолго до того, как Солнце превратится в красного гиганта. Я еще расскажу об этом в третьей части моего ответа.

---

Текущая скорость рецессии Луны составляет 3,82 см/год, что находится за пределами вашего окна в один-три сантиметра в год. Этот показатель аномально высок. На самом деле он чрезвычайно высок, учитывая, что динамика говорит о том, что

$$\frac {da}{dt} = (\text{some boring constant})\frac k Q \frac 1 {a^{11/2}}$$ Здесь, $a$- длина большой полуоси орбиты Луны, $k$- приливное число Любви Земля-Луна, и $Q$– добротность приливной диссипации. Качественно более высокое число Любви означает более высокие приливы, а более высокий коэффициент качества означает меньшее приливное трение.

Это обратное$a^{5.5}$Фактор указывает на то, что должно происходить что-то серьезное, чтобы сделать скорость приливно-отливной рецессии такой высокой прямо сейчас, и это именно так. Прямо сейчас есть два огромных барьера между севером и югом для потока приливов: Америка в западном полушарии и Афро-Евразия в восточном полушарии. Только это увеличивает$k/Q$на значительную сумму. Океаны также имеют красивую форму, чтобы вызвать приятные резонансы, которые усиливают$k/Q$Еще больше.

Если произойдет что-то еще более странное и Луна будет удаляться со средней скоростью четыре сантиметра в год в течение следующего миллиарда лет, Луна окажется на расстоянии 425 000 км от Земли (от центра к центру). Это меньше 1/3 сферы Земного холма. Почти круговые прямые орбиты на 1/3 или меньше радиуса сферы Хилла должны быть стабильными. Даже при такой чрезмерной скорости рецессии Луна не убежит в ближайшие миллиарды лет.

---

А через миллиард лет? Я выбрал миллиард лет, потому что примерно в это время рецессия Луны должна более или менее остановиться. Если Земля еще не умерла до отметки в миллиард лет, тогда Земля умрет.

Карликовые звезды, такие как наше Солнце, становятся все более яркими на протяжении всей своей жизни на главной последовательности. Солнце будет примерно на 10% ярче, чем сейчас, через миллиард лет в будущем. Этого должно быть достаточно, чтобы вызвать влажную теплицу, которая, в свою очередь, вызовет неуправляемую теплицу. Земля станет Венерой II. Все океаны Земли испарятся. Водяной пар достигнет того, что сейчас является стратосферой. Ультрафиолетовое излучение будет фотодиссоциировать этот водяной пар на водород и кислород. Водород улетучится. В конце концов Земля будет лишена не только жидкой воды на поверхности, но и водяного пара в атмосфере.

Почти вся рецессия Луны является следствием океанских приливов. Без океанов эта тунарная рецессия более или менее остановится.

Солнцу не хватает массы, чтобы стать сверхновой. Вместо этого он раздуется и станет красным гигантом , окутывающим Меркурий, Венеру и, возможно, Землю. После этого он сбросит свои внешние слои , превратившись в планетарную туманность , и станет белым карликом . Википедия , по-видимому, говорит то же самое, что и я:

У Солнца недостаточно массы, чтобы взорваться как сверхновая. Вместо этого он выйдет из главной последовательности примерно через 5,4 миллиарда лет и начнет превращаться в красного гиганта. Подсчитано, что Солнце станет достаточно большим, чтобы поглотить текущие орбиты внутренних планет Солнечной системы, возможно, включая Землю.

Тем не менее, это ставит крайний срок для Земли и Луны, чтобы они эволюционировали до той точки, которую вы ищете. Википедия рассматривает возможность выживания Земли и Луны:

Сегодня Луна привязана к Земле приливом; один из его оборотов вокруг Земли (в настоящее время около 29 дней) равен одному из его оборотов вокруг своей оси, поэтому он всегда обращен к Земле одной стороной. Луна будет продолжать удаляться от Земли, и вращение Земли будет продолжать постепенно замедляться. Примерно через 50 миллиардов лет, если они переживут расширение Солнца, Земля и Луна окажутся привязанными друг к другу приливами; каждая будет вовлечена в так называемый «спин-орбитальный резонанс», при котором Луна совершит оборот вокруг Земли примерно за 47 дней, а Луна и Земля будут вращаться вокруг своих осей за одно и то же время, причем каждая из них будет видна только из одного полушария Земли. другой.

Таким образом, Луна, безусловно, все еще будет существовать к тому времени, когда Солнце станет красным гигантом, и еще много миллиардов лет после этого.

---

Вот математика:

$$\frac{1 \text{ cm}}{1 \text{ year}} \times \frac{1 \text{ m}}{100 \text{ cm}} \times \frac{1 \text{ km}}{1000 \text{ m}} \times 5,400,000,000 \text{ years}=54,000 \text{ km}$$

Это примерно одна седьмая текущего расстояния до Луны — при ее ближайшем прохождении.