Переместившись на более дальние орбиты, чтобы защитить их, какой ущерб получают Земля и Луна, когда Солнце расширяется?

Краткая версия Катастрофа в далеком будущем сжигает/плавит большие куски Земли и Луны. По причинам, связанным с фантастическими элементами моего рассказа, остатки Луны имеют примерно одну пятую своего первоначального диаметра, и я хотел бы знать, каким будет соответствующее уменьшение размера Земли.

Длинная версия:

В далеком будущем человечество (или любой другой вид, населяющий сейчас Солнечную систему) отчаянно работало над технологией, способной переместить планету на другую орбиту. Солнце превращается в субгиганта, и они хотят, чтобы Земля находилась достаточно далеко, чтобы пережить ее расширение в красного гиганта.

Было бы проще переселиться на другие планеты - а они ведь готовятся к эвакуации - но Земля и Луна имеют огромное символическое значение и они хотели бы спасти свою родную планету от уничтожения. Увеличение яркости Солнца с течением времени уже сделало Землю неспособной поддерживать жизнь, поэтому для этого уже слишком поздно, но люди будущего все еще хотят, чтобы она продолжала существовать как памятник их происхождению.

В исследовательской работе 2008 года рассматривается вопрос о том, насколько далеко от Солнца Земля должна находиться, чтобы выжить:

планета Земля не сможет избежать поглощения, несмотря на положительный эффект потери солнечной массы. Чтобы выжить в фазе солнечной вершины-RGB, любой гипотетической планете потребуется современный минимальный радиус орбиты около 1,15 а.е. Последний результат может помочь оценить шансы найти планеты вокруг белых карликов.

В документе 2012 года , в котором не цитируется первое, говорится, что современный радиус планеты земной группы, вращающейся вокруг звезды с массой в одну солнечную, должен превышать 1,5 а.е. В нем также говорится, что к тому времени, когда Солнце станет белым карликом, остатки планеты будут находиться на расстоянии около 2,5 астрономических единиц.

И это только для того, чтобы избежать поглощения! Пригодная для жизни зона будет продвигаться дальше, и 1,15 а.е. будет недостаточно, чтобы Земля оставалась пригодной для поддержания жизни. К тому времени, когда Солнце начнет расширяться, ГП сместится дальше, начиная с 1,29 а.е. (источник: статья 2008 года ). (источник: снова статья 2008 г. )

Сокращение к еще большему времени в будущем. Сейчас Солнце значительно уменьшилось. Может быть, это на горизонтальной ветви и в конечном итоге снова расширится в AGB. Или, может быть, это уже произошло, Солнце выбросило свою планетарную туманность и теперь является белым карликом.

Как бы то ни было, инопланетные исследователи на борту своего корабля USS Rocinante только что прибыли в Солнечную систему. Понятно, что людям не удалось сдвинуть Землю достаточно далеко. Может быть, почти до 1,5 а.е. или чуть больше. (замените 1,5 на 1,15, если вы предпочитаете документ 2008 г.)

Земля и Луна потеряли большую часть своей массы. Они были очень близко к красному гиганту, поэтому часть их поверхности могла достаточно нагреться, чтобы испариться. Даже если бы этого не произошло, горячие и ионизированные газы, испускаемые Солнцем, могли сжечь материал с поверхности.

Для целей истории я хочу, чтобы это уменьшило диаметр Луны примерно до 1/5 того, что было. Это означало бы, что его объем составляет всего 1/125 объема современной Луны.

(Я предполагаю, что Земля и Луна все еще находятся близко друг к другу, пожалуйста, дайте мне знать, если я ошибаюсь!)

Мой главный вопрос:

Какую потерю объема вызвала бы для Земли катастрофа, вызвавшая это?

Моя первоначальная догадка заключалась бы в том, что Земля, как и Луна, потеряла бы около 2779,84 км своего среднего диаметра, и расчеты показывают, что тогда ее объем был бы в 0,478 раз больше ее первоначального объема. Боюсь, я не так подкован в науке, как некоторые из моих персонажей, поэтому я не особо доверяю этой догадке и обратился за помощью к добрым людям из Planet Stackexchange!

Меня также интересуют некоторые другие свойства меньшей Земли — способна ли она генерировать магнитное поле? Как далеко должно отступить Солнце, прежде чем оно сможет начать восстанавливать какую-то атмосферу (хотя и не богатую кислородом)? Но вопрос об уменьшении объема Земли — моя основная тема.

Источники:

@Биттердреггс. Луна была слишком близко к Солнцу на вершине своего расширения. Возможно, он был недостаточно близко, чтобы быть поглощенным, но нахождение так близко к этому источнику тепла все же нанесло ущерб. Экзопланеты Kepler-70 (если они существуют, кто-то только что показал мне исследование, которое говорит об обратном) достаточно горячие на «дневной» стороне, заблокированной приливами, чтобы их поверхности испарялись. То же самое может быть и здесь. Плюс горячие + ионизированные газы, испускаемые Солнцем, могли сжечь часть поверхности Земли/Луны. У Земли более сильное магнитное поле, чем у Луны, поэтому там может быть больше защиты.
О, теперь я тебя понимаю, хорошо, тогда должен быть ответ в его текущей форме.
Итак, на каком расстоянии от Солнца американские инопланетяне нашли Землю и Луну?
@ Спенсер Хороший вопрос. Я думаю, что люди будущего смогут переместить Землю почти на , но не совсем, на 1,15 а.е. В документе отмечается, что Солнце теряет массу во время своей «эволюции гигантской ветви», что приводит к расширению планетарных орбит. Радиус Солнца должен достигать 1,2 а.е. в фазе RGB, поэтому Земля должна была быть оттеснена немного дальше этого места. Для параметров, выбранных авторами в своих расчетах, реальная Земля будет отодвинута примерно на 1,5 а.е. одним только Солнцем, и я думаю, что модифицированная орбита также будет умножена на 1,5. Обратите внимание, что это делает земной год длиннее, так как 1/
скорость движения Земли по орбите неизменна. Так что в точке макс. расширение движимой человеком Земли находится на расстоянии 1,725 ​​а.е. За исключением того, что в более позднем разделе статьи говорится, что Солнце перестанет вращаться, и это сожмет орбиту Земли почти настолько, чтобы противостоять этому эффекту. Наша Земля осталась лишь немного дальше, чем ее первоначальная 1 а.е., а Земля наших вымышленных людей находится в радиусе лишь немногим больше, чем «почти 1,15 а.е.». После этого, конечно, Солнце начинает сжиматься, теряя больше массы. Но он может снова начать вращаться. И степень каждого из этих 2/
зависит от того, в каком состоянии находится Солнце в тот момент, когда его находят инопланетяне. Орбита Земли, если они найдут ее, когда Солнце находится на горизонтальной ветви, вряд ли будет такой же, как если бы Солнце стало белым карликом (в этот момент его масса была бы в 0,5405 раз больше его нынешней массы). Я ничего не знаю об ожидаемом скорость вращения в этой точке. Если он стал невращающимся карликом, то мы экстраполируем от макс. Солнце RGB, которое достигло 0,668-кратной текущей массы, и умножьте тогдашний радиус орбиты Земли примерно в 1,15 на (0,668/0,5405), чтобы получить около 1,42 а.е. Но я не знаю, вращается ли белый карлик-солнце!
@Spencer Я только что нашел более позднюю статью, посвященную этой теме, - статью 2012 года, озаглавленную «Предсказания Рагнарёка: асимптотические гиганты, охватывающие мир, и наследование белых карликов». (Теперь ЕСТЬ заголовок, который привлекает ваше внимание!) Следуя этой статье и предполагая, что Солнце достигло стадии белого карлика, люди будущего, вероятно, сдвинули бы Землю примерно на 1,5 а.е., а инопланетяне обнаружили бы ее примерно на 2,5 а.е. от мертвого Солнца.
Вы должны отредактировать эту информацию в своем вопросе. Комментарии исчезают.
@Spencer Отредактировано соответственно.
Я только что принял чрезвычайно подробный ответ @StarfishPrime, который, должно быть, потребовал много работы. Спасибо Спенсеру и Биттердреггсу за то, что они заставили меня уточнить и разработать дополнительную информацию для включения в вопрос. Возможно, скоро мне придется задать еще один вопрос, и я, конечно же, надеюсь, что все его рассмотрят. Ваше здоровье!

Ответы (1)

Моя первоначальная догадка заключалась бы в том, что Земля, как и Луна, потеряла бы около 2779,84 км своего среднего диаметра, и расчеты показывают, что тогда ее объем был бы в 0,478 раз больше ее первоначального объема.

Моя первоначальная догадка больше похожа на « это действительно сложно ».

Чтобы удалить массу из тела, вам нужно передать достаточно энергии его части, чтобы позволить ему достичь космической скорости. Скорость убегания зависит от массы и расстояния:

в е "=" 2 г М р

где г гравитационная постоянная , М это масса тела и р это расстояние от барицентра тела до существа, которое пытается убежать. Земля тяжелее и плотнее Луны, поэтому ее скорость убегания у поверхности примерно в 4,7 раза выше. Кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, поэтому для выбивания частицы из гравитационного захвата Земли потребуется примерно в 22 раза больше энергии, чем для эквивалентной частицы на Луне.

Тогда, по ленивому первому предположению, я бы потерял около 130 км. Может быть, даже ниже. Луна явно испытала катастрофическую потерю массы, и поэтому ее скорость убегания резко упала во время этого процесса. Казалось бы, Земля теряет гораздо меньшую массу за тот же период времени, поэтому снижение скорости убегания будет меньше.

Я не собираюсь выяснять, насколько ниже, поскольку все это кажется слишком сложным для моих скудных математических способностей. Я подозреваю, что этого будет достаточно, чтобы сдуть литосферу (кору, континентальную и прочую, плюс все океаны), но не астеносферу (мягкую верхнюю мантию), потому что последняя в среднем имеет толщину в несколько сотен километров.

Есть несколько других вещей, склоняющих чашу весов в пользу того, что эрозия будет намного меньше, в том числе плотность Земли (в 1,65 раза выше), подразумевающая более тяжелые элементы, которые труднее выкипать, и магнитосфера Земли, которая поможет уменьшить последствия повышенной солнечной активности. ветер. Однако я даже не буду пытаться дать им количественную оценку.

сможет ли он генерировать магнитное поле?

Если мои оценки верны, то может быть! Все полезные части геодинамо остались бы почти нетронутыми, а вливание тепла, поджаривающего корку, могло бы даже дать ему немного больше энергии.

Дело в том, что динамо-машина замедляется и в какой-то момент предположительно остановится. Я не могу найти удобную ссылку, указывающую, когда это может быть, или можно ли запустить его снова, если он остановился до повторного нагрева. Есть вероятность, что он просто остановится и не сможет перезапуститься, учитывая временные рамки вашего сценария.

В любом случае, это требует дополнительных исследований.

Как далеко должно отступить Солнце, прежде чем оно сможет начать восстанавливать какую-то атмосферу (хотя и не богатую кислородом)?

Есть небезосновательная вероятность того, что она сформировала довольно венерианскую атмосферу, поскольку эффект поджаривания Солнца уменьшился. Учитывая, что он вполне мог удержать большую часть своей массы, эта плотная атмосфера вполне могла остаться.

О Боже! Я не совсем осознавал, насколько сложным был мой вопрос, или что кто-то захочет приложить такие усилия, чтобы найти ответ. Большое спасибо за это!
@Astrid_Redfern готово.
Кстати, я подумал, что попробую включить различия между радиусами Земли и Луны в этот ответ на другой вопрос: worldbuilding.stackexchange.com/a/147535/61035 - в комплекте с некоторыми чрезмерно упрощающими предположениями, такими как Земля и Луна примерно одинаковое расстояние от Солнца и масса каждого из них везде одинакова. Я подумал, что эти две ситуации могут иметь достаточно сходства, чтобы это можно было использовать. Хотя это дало более высокую цифру потери радиуса Земли, это все равно сводилось к тому же самому - астеносфера была слоем, обнаженным на ее конце.
Другое «между прочим» — насколько я могу судить, вторая атмосфера Земли, хотя и весьма венерианская, не содержала серной кислоты, которая есть в венерианской. Так что я не думаю, что атмосфера этой новой Земли тоже.
Переместившись на более дальние орбиты, чтобы защитить их, какой ущерб получают Земля и Луна, когда Солнце расширяется?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v