Was müssten Peri- und Aphel der Erde sein, um aufgrund ihrer Umlaufbahn die gleichen Jahreszeiten zu haben?

Stellen Sie sich vor, die Erde hätte keine axiale Neigung, aber Jahreszeiten aufgrund einer sehr elliptischen Umlaufbahn. Wie elliptisch müsste die Erdumlaufbahn sein, um ungefähr die gleichen Jahreszeiten wie jetzt zu haben (nur mit dem Unterschied, dass sie auf beiden Hemisphären gleich wären)? Merkur hat eine sehr elliptische Umlaufbahn. Wenn wir die Umlaufbahn von Merkur auf eine große Halbachse bei 1 AE skalieren würden, hätten wir dann genau die gleichen Jahreszeiten? Die Oberflächentemperatur des Merkur beträgt im Sommer ~430 °C und im Winter ~280 °C (Tageswerte). Ich denke, dies würde zu einem zu hohen Unterschied führen, wenn die Umlaufbahn der Erde so elliptisch wäre wie die von Merkur. es müsste für die gleichen Jahreszeiten wie jetzt etwas weniger elliptisch sein.

Wie weit müsste die Erde am Perihel von der Sonne entfernt sein, um in den mittleren Breiten etwa 30 °C und am Aphel etwa 0 °C zu haben?

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TL;DR: etwa das 5-fache der aktuellen Exzentrizität für eine Abweichung von 5 Grad vom Mittelwert ... aber der Teufel steckt in den Details der Himmelsmechanik und des Klimamodells.

Es würde nicht ganz funktionieren, weil die Länge der Jahreszeiten ungleichmäßig wäre. Gegenwärtig erhalten die Nord- und Südhalbkugeln der Erde fast genau so viel oder wenig Sonnenlicht wie die andere. Aber auf der exzentrischen Erde wäre die heiße "Sommer"-Periode kurz, während die kühle "Winter"-Periode lang wäre, da Planeten mehr Zeit im äußeren Teil einer elliptischen Umlaufbahn verbringen.

Es gibt eine weitere Komplikation: Das absorbierte Sonnenlicht erwärmt Luft, Wasser und Boden im Laufe der Zeit und verursacht eine Verzögerung: Der wärmste Teil des Sommers und der kälteste Teil des Winters kommen nach der Zeit des höchsten Sonneneinfalls.

Um die Modellprobleme noch zu verstärken, wird die tatsächliche Temperatur des Planeten stark vom Treibhauseffekt beeinflusst: Während CO2 nichts Ungewöhnliches tun wird, wird Wasserdampf (ein starkes Treibhausgas) als Regen und Schnee abnehmen, wenn der gesamte Planet abkühlt , und die Albedo (wie viel Licht von Wolken und Eis reflektiert wird) wird zunehmen.

Das heißt, hier ist ein vereinfachtes Modell, das die Trägheit der Atmosphäre ignoriert: Die Entfernung zum Stern variiert wie folgt

R ( θ ) = A ( 1 − e 2 ) 1 + e cos ⁡ θ
Wo A ist die große Halbachse, e die Exzentrizität u θ die "wahre Anomalie" (jährlicher Gewinner für den schlechtesten Parameternamen seit 1609). Um es in und aus der Zeit umzuwandeln, müssen Sie die Kepler-Gleichung numerisch lösen.

Die Temperatur in einem nulldimensionalen Atmosphärenmodell ist

T = ( ICH 0 ( 1 − A ) 4 σ ϵ ) 1 / 4
Wo ICH 0 ist die Sonnenkonstante am oberen Rand der Atmosphäre, A = 0,3 die Albedo, ϵ = 0,78 der effektive Emissionsgrad im IR. Wenn wir lassen ICH 0 ( θ ) = ICH 0 / R ( θ ) 2 (Umlaufbahnen in AU messen) erhalten wir eine Temperaturabhängigkeitsskalierung wie T ( θ ) = T 0 / R ( θ ) .

Am Perihel ist also die Temperatur

T ( 0 ) = T 0 1 + e 1 − e 2
und die Apheltemperatur
T ( π ) = T 0 1 − e 1 − e 2 .
Also ein Wunsch gegeben T H ich G H Und T l Ö w man kann jetzt nach lösen e zu bekommen
e = ( T H ich G H / T l Ö w ) 2 − 1 ( T H ich G H / T l Ö w ) 2 .

Wenn wir einen Unterschied von 5 Grad von einem Mittelwert wollen T 0 = 288 K bedeutet das e ≈ 0,067 , etwa das 5-fache der aktuellen Exzentrizität. Dies ist wahrscheinlich klein genug, dass die Zeitasymmetrieprobleme klein genug sind, um ignoriert zu werden (sie sind wichtiger für exzentrischere Umlaufbahnen).

Die 288 K sind 15 °C, nur klarstellend. Jahreszeiten wie auf der Erde würden also auf keinen Fall auf einer elliptischen Bahn funktionieren?
@Greenhorn - Hängt davon ab, was Sie unter normalen Jahreszeiten verstehen. Da jedoch ein Teil des saisonalen Wetters auch von Änderungen des Sonnenwinkels abhängt (was die relative Erwärmung von Hügeln und Ebenen, die Lichtverhältnisse ... beeinflusst) und die verschiedenen Hemisphären unterschiedliche Sonneneinstrahlung aufweisen, vermute ich, dass es keine Möglichkeit gibt, unsere Jahreszeiten genau zu fälschen Art.
Wenn Sie sagen, dass die Winterperiode länger sein würde, da der Planet während seines Aphels langsamer ist, könnte es nicht dasselbe sein wie pro Neigung. Können Sie abschätzen, wie lange Sommer, Winter und Frühling/Herbst auf der 5-mal exzentrischeren Umlaufbahn dauern würden?
@Greenhorn Siehe hier für ein interaktives Diagramm.
Was müssten Peri- und Aphel der Erde sein, um aufgrund ihrer Umlaufbahn die gleichen Jahreszeiten zu haben?
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