Bewegt in weitere Umlaufbahnen, um sie zu schützen, wie viel Schaden erleiden Erde und Mond, wenn sich die Sonne ausdehnt?

Kurzfassung Eine Katastrophe in ferner Zukunft verbrennt/schmilzt große Teile der Erde und des Mondes weg. Aus Gründen, die mit den Fantasy-Elementen meiner Geschichte zusammenhängen, haben die Überreste des Mondes etwa ein Fünftel ihres ursprünglichen Durchmessers, und ich würde gerne wissen, wie die entsprechende Größenreduzierung für die Erde wäre.

Lange Version:

In der fernen Zukunft hat die Menschheit (oder welche Spezies auch immer jetzt das Sonnensystem bewohnt) verzweifelt an einer Technologie gearbeitet, die in der Lage ist, den Planeten in eine weitere Umlaufbahn zu bringen. Die Sonne expandiert zu einem Unterriesen, und sie wollen, dass die Erde weit genug entfernt ist, um ihre Expansion zu einem Roten Riesen zu überleben.

Einfacher wäre es, auf andere Planeten umzusiedeln - und sie bereiten sich tatsächlich auf die Evakuierung vor -, aber Erde und Mond sind von enormer symbolischer Bedeutung und sie möchten ihren Geburtsplaneten vor der Zerstörung retten. Die zunehmende Helligkeit der Sonne im Laufe der Zeit hat die Erde bereits unfähig gemacht, Leben zu unterstützen, also ist es dafür zu spät, aber die zukünftigen Menschen wollen immer noch, dass sie als Denkmal ihrer Ursprünge weiterbesteht.

Eine Forschungsarbeit aus dem Jahr 2008 befasst sich mit der Frage, wie weit die Erde von der Sonne entfernt sein müsste, um zu überleben:

Der Planet Erde wird trotz des positiven Effekts des Sonnenmassenverlusts nicht in der Lage sein, der Verschlingung zu entkommen. Um die RGB-Phase der Sonnenspitze zu überleben, würde jeder hypothetische Planet einen heutigen minimalen Umlaufradius von etwa 1,15 AE benötigen. Das letztere Ergebnis kann helfen, die Chancen abzuschätzen, Planeten um Weiße Zwerge herum zu finden.

Ein Artikel aus dem Jahr 2012 , der den ersten nicht zitiert, besagt, dass der heutige Radius für einen terrestrischen Planeten, der einen Stern mit einer Sonnenmasse umkreist, 1,5 AE überschreiten müsste. Es besagt auch, dass die Überreste des Planeten zu dem Zeitpunkt, an dem die Sonne zu einem Weißen Zwerg geworden ist, etwa 2,5 AE entfernt sein würden.

Und das nur, um eine Verschlingung zu vermeiden! Die bewohnbare Zone wird sich weiter nach außen bewegt haben, und 1,15 AE werden nicht ausreichen, um die Erde für die Unterstützung von Leben geeignet zu halten. Zu dem Zeitpunkt, an dem sich die Sonne auszudehnen beginnt, hat sich die HZ weiter nach außen bewegt und beginnt bei 1,29 AU (Quelle: Papier von 2008 ). Zu dem Zeitpunkt, an dem sie den Punkt der maximalen Ausdehnung erreicht, würde die HZ bei 49,4 AU beginnen! (Quelle: 2008 Papier wieder )

Schnitt auf eine noch längere Zeit in der Zukunft. Die Sonne ist jetzt deutlich geschrumpft. Vielleicht liegt es am horizontalen Ast und wird sich irgendwann wieder in den AGB ausdehnen. Oder vielleicht ist das schon passiert, die Sonne hat ihren planetarischen Nebel ausgestoßen und ist jetzt ein Weißer Zwerg.

Wie dem auch sei, außerirdische Entdecker an Bord ihres Schiffes, der USS Rocinante , sind gerade im Sonnensystem angekommen. Es ist klar, dass die Menschen es nicht geschafft haben, die Erde weit genug zu bewegen. Vielleicht bis fast 1,5 AU oder nur sehr wenig mehr. (Ersetzen Sie 1,5 durch 1,15, wenn Sie das Papier von 2008 bevorzugen.)

Die Erde und der Mond haben viel von ihrer Masse verloren. Sie befanden sich sehr nahe am Roten Riesen, und so könnte sich ein Teil ihrer Oberfläche stark genug erhitzt haben, um zu verdampfen. Selbst wenn dies nicht geschehen wäre, könnten heiße und ionisierte Gase, die von der Sonne abgegeben werden, Material von der Oberfläche weggebrannt haben.

Für die Zwecke der Geschichte möchte ich, dass dies den Durchmesser des Mondes auf etwa 1/5 dessen reduziert, was er war. Dies würde bedeuten, dass sein Volumen nur 1/125 des heutigen Mondes beträgt.

(Ich gehe davon aus, dass Erde und Mond immer noch nahe beieinander liegen, bitte lassen Sie mich wissen, wenn ich falsch liege!)

Meine Hauptfrage ist:

Wie viel Volumenverlust hätte die dadurch verursachte Katastrophe auf der Erde verursacht?

Meine erste Vermutung wäre, dass die Erde wie der Mond etwa 2779,84 km ihres durchschnittlichen Durchmessers verlieren würde, und Berechnungen zeigen, dass sie dann das 0,478-fache ihres ursprünglichen Volumens haben würde. Ich fürchte, ich bin wissenschaftlich nicht so bewandert wie einige meiner Charaktere, also habe ich kein wirkliches Vertrauen in diese Vermutung und habe mich an die guten Leute von Planet Stackexchange um Hilfe gewandt!

Ich wundere mich auch über ein paar andere Eigenschaften der kleineren Erde - wäre sie in der Lage, ein Magnetfeld zu erzeugen? Wie weit muss die Sonne zurückweichen, bevor sie beginnen kann, eine Art Atmosphäre (wenn auch nicht sauerstoffreich) wiederzuerlangen? Aber die Frage nach dem Volumenverlust der Erde ist mein primäres Thema.

Quellen:

@Bitterdreggs. Der Mond war an der Spitze seiner Ausdehnung zu nahe an der Sonne. Es war vielleicht nicht nah genug, um verschlungen zu werden, aber so nahe an dieser Wärmequelle zu sein, verursachte dennoch Schaden. Die Kepler-70-Exoplaneten (falls es sie gibt, hat mir gerade jemand Forschungsergebnisse gezeigt, die etwas anderes vermuten lassen) sind auf der von den Gezeiten eingeschlossenen „Tag“-Seite heiß genug, dass ihre Oberflächen verdampfen. Hier könnte es ähnlich sein. Plus heiße + ionisierte Gase, die von der Sonne abgegeben werden, könnten einige der Erd- / Mondoberflächen weggebrannt haben. Die Erde hat ein stärkeres Magnetfeld als der Mond, daher kann es dort etwas mehr Schutz geben.
Ohh, jetzt verstehe ich dich, ok, sollte dann in der jetzigen Form verantwortbar sein.
Also, wie weit von der Sonne entfernt haben die US-Aliens die Erde und den Mond gefunden?
@Spencer Gute Frage. Ich denke, die zukünftigen Menschen waren in der Lage, die Erde auf fast , aber nicht ganz, 1,15 AE zu entfernen. Das Papier stellt fest, dass die Sonne während ihrer „Riesenzweigentwicklung“ an Masse verliert und dies dazu führt, dass sich die Umlaufbahnen der Planeten ausdehnen. Der Radius der Sonne soll in der RGB-Phase 1,2 AE erreichen, also hätte die Erde dort etwas hinausgeschoben werden müssen. Für die von den Autoren in ihren Berechnungen bevorzugten Parameter würde die reale Erde allein durch die Sonne auf etwa 1,5 AE gedrückt, und ich denke, die modifizierte Umlaufbahn würde auch mit 1,5 multipliziert. Beachten Sie, dass dies ein Erdjahr länger macht, da 1/
die Geschwindigkeit der Erdumlaufbahn bleibt unverändert. Also bei max. Ausdehnung liegt die vom Menschen bewegte Erde bei 1,725 ​​AE. Abgesehen davon, dass ein späterer Abschnitt des Papiers besagt, dass die Sonne aufgehört haben wird, sich zu drehen, und dies die Umlaufbahn der Erde fast genug schrumpft, um diesem Effekt entgegenzuwirken. Unsere Erde ist nur sehr wenig weiter entfernt als ihre ursprünglichen 1 AE, und die Erde unserer fiktiven Menschen hat einen Radius von nur etwas mehr als "fast 1,15 AE". Danach beginnt die Sonne natürlich zu schrumpfen und verliert mehr Masse. Aber es könnte sich wieder drehen. Und das Ausmaß jedes dieser 2/
hängt davon ab, in welchem ​​​​Zustand sich die Sonne befindet, wenn die Außerirdischen sie finden. Die Umlaufbahn der Erde, wenn sie sie finden, wenn die Sonne auf dem horizontalen Zweig steht, ist wahrscheinlich nicht dieselbe, als wenn die Sonne zu einem Weißen Zwerg wird (an diesem Punkt hätte sie das 0,5405-fache ihrer aktuellen Masse). Ich weiß nichts über ihre erwartete Rotationsgeschwindigkeit an diesem Punkt. Wenn es ein nicht rotierender Zwerg geworden ist, dann extrapolieren wir vom Maximum. RGB-Sonne, die das 0,668-fache der aktuellen Masse erreicht hatte, und multipliziert den damaligen Umlaufradius der Erde von etwa 1,15 mit (0,668/0,5405), um etwa 1,42 AE zu erhalten. Aber ich weiß nicht, ob die White Dwarf Sun rotiert!
@Spencer Ich habe gerade eine spätere Arbeit gefunden, die sich mit diesem Thema befasst – eine Arbeit aus dem Jahr 2012 mit dem Titel „Foretellings of Ragnarök: world-engulfing asymptotic giants and the inheritance of white dwarfs“. (Jetzt gibt es einen Titel, der Ihre Aufmerksamkeit erregt!) Geht man von diesem Papier aus und nimmt an, dass die Sonne das Stadium des Weißen Zwergs erreicht hat, hätten die zukünftigen Menschen die Erde wahrscheinlich um etwa 1,5 AE nach außen bewegt, und die Außerirdischen würden sie etwa 2,5 AE finden von der toten Sonne.
Sie sollten diese Informationen in Ihrer Frage bearbeiten. Kommentare verschwinden.
@Spencer Entsprechend bearbeitet.
Ich habe gerade eine äußerst ausführliche Antwort von @StarfishPrime akzeptiert, die viel Arbeit erfordert haben muss. Vielen Dank auch an Spencer und Bitterdreggs, die mich dazu gebracht haben, zusätzliche Informationen zu klären und auszuarbeiten, die in die Frage aufgenommen werden sollen. Vielleicht muss ich bald eine weitere Frage stellen und hoffe natürlich, dass sie alle einen Blick darauf werfen. Beifall!

Antworten (1)

Meine erste Vermutung wäre, dass die Erde wie der Mond etwa 2779,84 km ihres durchschnittlichen Durchmessers verlieren würde, und Berechnungen zeigen, dass sie dann das 0,478-fache ihres ursprünglichen Volumens haben würde.

Meine anfängliche Vermutung ist eher wie " das ist wirklich schwer ".

Um Masse aus einem Körper zu entfernen, müssen Sie einem Teil davon genügend Energie zuführen, damit er Fluchtgeschwindigkeit erreichen kann. Fluchtgeschwindigkeit abhängig von Masse und Entfernung:

v e = 2 G M R

Wo G ist die Gravitationskonstante , M ist die Masse des Körpers und R ist die Entfernung vom Schwerpunkt des Körpers des Objekts, das zu entkommen versucht. Die Erde ist schwerer und dichter als der Mond, weshalb ihre Fluchtgeschwindigkeit an der Oberfläche etwa 4,7-mal höher ist. Da die kinetische Energie proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist, ist etwa 22-mal mehr Energie erforderlich, um ein Teilchen aus der Gravitation der Erde zu werfen, als das entsprechende Teilchen auf dem Mond.

Bei einer faulen ersten Schätzung würde ich dann einen Verlust von näher an 130 km anstreben. Es könnte sogar noch niedriger sein. Der Mond hat eindeutig einen katastrophalen Massenverlust erlitten, und als solcher ist seine Fluchtgeschwindigkeit während des Prozesses dramatisch gesunken. Die Erde scheint im gleichen Zeitraum viel weniger Masse zu verlieren, sodass die Verringerung der Fluchtgeschwindigkeit geringer sein wird.

Ich werde nicht ausrechnen, wie viel niedriger, da das Ganze für meine mageren Mathefähigkeiten etwas zu schwierig erscheint. Ich vermute, es würde ausreichen, die Lithosphäre (die kontinentale und andere Kruste sowie alle Ozeane) abzublasen, aber nicht die Asthenosphäre (den matschigen oberen Mantel), da letztere im Durchschnitt mehrere hundert Kilometer dick ist.

Es gibt ein paar andere Dinge, die den Ausschlag zugunsten einer viel geringeren Erosion geben, einschließlich der Dichte der Erde (1,65-mal höher), was schwerere Elemente impliziert, die schwerer zu verdampfen sind, und der Magnetosphäre der Erde, die dazu beitragen wird, die Auswirkungen der erhöhten Sonneneinstrahlung zu verringern Wind. Ich werde jedoch nicht einmal versuchen, diese zu quantifizieren.

Könnte es ein Magnetfeld erzeugen?

Wenn meine Schätzungen im richtigen Bereich liegen, dann vielleicht! Alle nützlichen Teile des Geodynamos wären immer noch sehr intakt, und die Hitzezufuhr, die die Kruste ablöste, hätte ihm vielleicht sogar etwas mehr Energie zugeführt.

Allerdings wird der Dynamo langsamer und irgendwann wird er vermutlich stehen bleiben. Ich kann keine praktische Referenz finden, die darauf hinweist, wann dies der Fall sein könnte oder ob es möglich ist, es erneut zu starten, wenn es vor dem erneuten Erhitzen angehalten wurde. Es besteht die Möglichkeit, dass es einfach gestoppt wurde und nicht neu gestartet werden konnte, angesichts der Zeitskalen, die in Ihrem Szenario enthalten sind.

Das rechtfertigt sowieso ein bisschen mehr Forschung.

Wie weit muss die Sonne zurückweichen, bevor sie beginnen kann, eine Art Atmosphäre (wenn auch nicht sauerstoffreich) wiederzuerlangen?

Es besteht eine nicht unangemessene Chance, dass es eine eher venusianische Atmosphäre bildete, als der Rösteffekt der Sonne verringert wurde. Angesichts der Tatsache, dass es möglicherweise einen Großteil seiner Masse gehalten hat, kann diese dicke Atmosphäre durchaus dort geblieben sein.

Ach du meine Güte! Mir war nicht klar, wie komplex meine Frage war, oder dass jemand bereit wäre, so viel Mühe in die Ausarbeitung der Antwort zu investieren. Vielen Dank dafür!
@Astrid_Redfern erledigt.
Übrigens dachte ich, ich würde versuchen, die Unterschiede zwischen den Radien von Erde und Mond in diese Antwort auf eine andere Frage einzufügen: worldbuilding.stackexchange.com/a/147535/61035 - komplett mit einigen zu stark vereinfachenden Annahmen wie Erde und Mond sind ungefähr die gleiche Entfernung von der Sonne und die Masse von jedem ist überall gleich. Ich dachte, die beiden Situationen könnten genug Ähnlichkeit haben, damit dies von Nutzen ist. Während dies eine höhere Zahl für den Radiusverlust der Erde ergab, kam es immer noch auf dasselbe hinaus - die Asthenosphäre war die freigelegte Schicht an ihrem Ende.
Ein weiteres "nebenbei" - soweit ich das beurteilen kann, hatte die zweite Atmosphäre der Erde, obwohl sie ziemlich Venus-ähnlich war, nicht die Schwefelsäure, die die Venus hat. Ich glaube also nicht, dass die Atmosphäre dieser neuen Erde das auch tun wird.
Bewegt in weitere Umlaufbahnen, um sie zu schützen, wie viel Schaden erleiden Erde und Mond, wenn sich die Sonne ausdehnt?
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