Was würde passieren, wenn Jupiter mit der Sonne kollidieren würde?

Beide Quora-Antworten sind falsch. Die Vorstellung, dass "nichts passiert", ist aus Gründen falsch, die ich weiter unten ausführlich erläutere. Die Idee, dass sich Jupiter irgendwie über die Oberfläche der Sonne ausbreitet oder dadurch direkt die Leuchtkraft der Sonne beeinflusst, ist auf vielen Ebenen falsch, wie Victor Toth auf der Quora-Seite und Rob und Chris als Antworten hier betont haben.

Stattdessen schlage ich ein paar Szenarien vor, in denen die große Menge an akkretierter Energie und/oder Drehimpuls sicherlich eine Auswirkung auf die Sonne und/oder die Strahlung hat, die die Erde von der Sonne empfängt.

Szenario 1: Das Szenario, dass Jupiter einfach von seiner aktuellen Position in die Sonne fällt, hätte sicherlich kurzfristige Auswirkungen. Kurzfristig bedeutet hier aber verglichen mit der Lebensdauer der Sonne, nicht Hunderte von Jahren.

Die kinetische Energie des Jupiter an der Sonnenoberfläche wäre in Ordnung$GM_{\odot}M_\mathrm{Jup}/R_{\odot} \sim 4\times 10^{38}$Joule.

Die Sonnenleuchtkraft ist$3.83 \times 10^{26}\ \mathrm{J/s}$.

Die Zugabe von so viel Energie (wenn sie thermalisieren darf) würde möglicherweise die Leuchtkraft der Sonne für Zeitskalen von Zehntausenden von Jahren beeinflussen. Die genauen Auswirkungen hängen davon ab, wo die Energie deponiert wird. Verglichen mit der Bindungsenergie des Sterns ist die zusätzliche Energie vernachlässigbar, aber wenn die Energie in der Konvektionszone dissipiert wird, würde kinetische Energie Arbeit leisten und die konvektive Hülle der Sonne anheben. Mit anderen Worten, die Sonne würde sowohl an Leuchtkraft als auch an Radius zunehmen. Wenn sich die Effekte nur auf die konvektive Hülle beschränken, dann hat diese eine Masse von ungefähr$0.02 M_{\odot}$und so durch "angehoben" werden könnte$\sim 4\times 10^{38} R_{\odot}^2/GM_{\odot}M_{\rm conv} \sim 0.05 R_{\odot}$.

In diesem Szenario würde sich die Sonne also sowohl ausdehnen als auch leuchtender werden. Die relevante Zeitskala ist die Kelvin-Helmholtz-Zeitskala der konvektiven Hülle , die von Ordnung ist$GM_{\odot}M_{\rm conv}/R_{\odot} L_{\odot} \sim$wenig$10^5$Jahre.

Wenn der Planet irgendwie überlebte und sich seinen Weg zum Zentrum der Sonne bahnte, würde viel weniger Energie in der Konvektionszone abgelagert und die Auswirkungen würden verringert.

Auf längeren Zeitskalen würde sich die Sonne wieder auf die Hauptreihe einpendeln, mit einem Radius und einer Leuchtkraft, die nur geringfügig größer ist als zuvor.

All dies setzt voraus, dass Jupiter beim Fallen intakt bleiben kann. Es würde in diesem direkten Einfallsszenario sicherlich nicht "verdampfen", aber würde es durch die Gezeiten zerfetzt werden, bevor es unter der Oberfläche verschwinden kann? Das Roche-Limit ist in Ordnung$R_{\odot} (\rho_{\odot}/\rho_{\rm Jup})^{1/3}$. Aber die durchschnittlichen Dichten von Sonne und Jupiter sind fast identisch. Es scheint also wahrscheinlich, dass Jupiter beginnen würde, durch die Gezeiten auseinandergerissen zu werden, aber da er sich zu diesem Zeitpunkt mit einigen hundert km/s auf die Sonne zubewegt, konnte ein Gezeitenbruch nicht erreicht werden, bevor er unter der Oberfläche verschwunden war.

Meine Schlussfolgerung ist also, dass der Abwurf von Jupiter in die Sonne in diesem Szenario wie der Abwurf einer Wasserbombe wäre, mit einer Verzögerung der Ordnung$10^{5}$Jahre bevor die volle Wirkung sichtbar wurde.

Szenario 2: Jupiter erreicht die Roche-Grenze (knapp über der Sonnenoberfläche), nachdem er auf mysteriöse Weise eine große Menge an Drehimpuls verloren hat. In diesem Fall können die Auswirkungen auf menschlichen Zeitskalen erlebt werden.

In diesem Fall wird Jupiter (schnell) vom Gezeitenfeld zerfetzt, wobei möglicherweise ein beträchtlicher Kern zurückbleibt. Bei einem Umlaufradius von$2 R_{\odot}$, die Umlaufdauer beträgt etwa 8 Stunden, die Umlaufgeschwindigkeit etwa$300\ \mathrm{km/s}$und der Bahndrehimpuls über$10^{42}\ \mathrm{kg\ m^2\ s^{-1}}$. Unter der Annahme einer vollständigen Zerstörung wird ein Großteil des Materials eine Akkretionsscheibe um die Sonne bilden, da es einen Teil seines Drehimpulses verlieren muss, bevor es akkretiert werden kann.

Wie viel Sonnenlicht blockiert wird, ist ungewiss. Sie hängt hauptsächlich davon ab, wie das Material in der Scheibe verteilt ist, insbesondere von der Skalenhöhe der Scheibe. Dies wiederum hängt vom Gleichgewicht der Heiz- und Kühlmechanismen und damit von der Temperatur der Platte ab.

Eine Art minimale Schätzung könnte darin bestehen, anzunehmen, dass die Scheibe planar und gleichmäßig zwischen der Sonnenoberfläche und verteilt ist$2R_{\odot}$und dass es nahe an die solare photosphärische Temperatur herankommt$\sim 5000\ \mathrm K$. In diesem Fall ist der Festplattenbereich$3 \pi R_{\odot}^2$, mit einer "Flächendichte" von$\sigma \sim M_{\rm Jup}/3\pi R_{\odot}^2$.

Im hydrostatischen Gleichgewicht wird die Skalenhöhe sein$\sim kT/g m_\mathrm H$, wo$g$ist das Gravitationsfeld und$m_\mathrm H$die Masse eines Wasserstoffatoms. Die Schwerkraft (eines Flugzeugs) wird sein$g \sim 4\pi G \sigma$. Einsetzen$T \sim 5000\ \mathrm K$, erhalten wir eine Skalenhöhe von$\sim 0.1 R_{\odot}$.

Da sich die Erde in der Ebene der Ekliptik befindet und dort die Scheibe sein wird, dann ein großer Teil,$\gt 20\ \%$, des Sonnenlichts, das die Erde erreicht, kann blockiert werden. Um herauszufinden, ob dies der Fall ist, müssen wir eine optische Tiefe des Materials ermitteln. Bei einer Skalenhöhe von$0.1 R_{\odot}$und eine planare Geometrie, dann ist die Dichte des Materials$\sim 3\ \mathrm{kg/m^3}$. Betrachtet man jedoch, entspricht dies einer Spaltendichte von$\sim 10^{10}\ \mathrm{kg/m^2}$.

Zum Vergleich ist die photosphärische Dichte der Sonne von Ordnung$10^{-12}\ \mathrm{kg/m^3}$und ist nur die obere$1000\ \mathrm{km}$von der Sonne. Da die Definition der Photosphäre darin besteht, dass das Material optisch dick wird, können wir schlussfolgern, dass ein gezeitenzerfetzter Jupiter optisch dick gegenüber Strahlung ist und das auf die Erde fallende Sonnenlicht tatsächlich sehr stark reduziert würde – unabhängig davon, ob die Menge der Strahlung auftrifft oder nicht die Erde reduziert oder erhöht wird, ist ein kniffliges Strahlungsübertragungsproblem, da wenn die Scheibe an wäre$5000\ \mathrm K$ und optisch dick würde es viel Strahlung abgeben!

Wie lange die Akkretionsscheibe bestehen bleiben würde, kann ich nicht genau berechnen. Es hängt von der angenommenen Viskosität und Temperaturstruktur ab und wie viel Masse durch Verdunstung/Winde verloren geht. Das akkretierte Material wird einen großen Teil seiner potenziellen Gravitationsenergie abgestrahlt haben, sodass die energetischen Auswirkungen viel weniger schwerwiegend sein werden als in Szenario 1. Die Sonne wird jedoch akkretieren$\sim 10^{42}\ \mathrm{kg\ m^2\ s^{-1}}$Drehimpuls, der mit seinem aktuellen Drehimpuls vergleichbar ist. Die Anreicherung des Jupiter auf diese Weise reicht also aus, um den Drehimpuls der Sonne erheblich zu erhöhen . Langfristig wird sich dies drastisch auf die magnetische Aktivität der Sonne auswirken – um einen Faktor von wenigen bis zu einer Größenordnung.

Ich würde auf jeden Fall zu "nichts" tendieren.

Die Antwort "wird 200 Jahre lang dunkel" macht eine Menge Annahmen, von denen mir einige unbegründet erscheinen. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass sich Jupiter gleichmäßig über die Sonnenoberfläche ausbreitet und oben bleibt, ohne sich mit dem Großteil der Sonne zu vermischen.

Bei einem anderen Extrem, wenn Jupiter sich überhaupt nicht ausbreitet, kann er höchstens auslöschen$.3\%$der Leuchtkraft der Sonne (da dies der Bruchteil ist, den sie abdecken würde). Sie erwähnen auch, dass die Sonne durch die Masse länger halten würde, was verdächtig ist, da zusätzliche Masse typischerweise die Lebensdauer von Hauptreihensternen verringert.

Angesichts der Tatsache, dass sich gelegentlich Sonnenflecken bilden, die größer als Jupiter sind und schnell wieder in die Sonne gemischt werden, scheint es wahrscheinlich, dass Jupiter dasselbe tun würde. Und wenn es durch die Konvektionsschicht gemischt wird, würde es nur die Temperatur geringfügig senken und somit die Sonne geringfügig dämpfen.

Der Hauptunterschied zwischen der Antwort „ es passiert nicht viel “ und der Antwort „ Jahrhunderte der Dunkelheit “ besteht darin, dass die erste ohne explizite Berechnung dies aussagt

Nachdem Jupiter durch die Gezeitenkräfte zerstört wurde, vermischt sich sein kaltes Material ziemlich schnell mit den konvektiven Strömungen

während der zweite einige thermodynamische Annahmen trifft und schätzt, dass diese "ziemlich schnelle" Zeitskala einige hundert Jahre der Absorption der gesamten Energieabgabe der Sonne oder einige tausend Jahre der Absorption eines großen Teils der Energieabgabe der Sonne umfasst.

Diese stehen nicht im Widerspruch zueinander: Die Gesamtzeit der Sonne auf der Hauptreihe beträgt etwa zehn Milliarden Jahre, und ein Blip von ein paar hundert oder ein paar tausend Jahren ist nichts im Vergleich dazu. Die Sonne wäre in Ordnung.

Es gibt jedoch einen tiefgreifenden Fehler in der Antwort „Jahrhunderte der Dunkelheit“. Es geht vernünftigerweise davon aus, dass Jupiter vollständig aus Wasserstoff besteht; es wird jedoch eine "Durchschnittstemperatur" für diesen Wasserstoff von etwa 100 Kelvin angenommen. Das ist eine vernünftige Schätzung für die durchschnittliche Temperatur an den Wolkenspitzen des Jupiters. Angesichts der Tatsache, dass die Kerntemperatur der Erde ungefähr 6000 K beträgt, ist es absurd anzunehmen, dass der Jupiter durchgehend kalt ist.

Eine schnelle Suche findet eine Schätzung von Jupiters Kerntemperatur von 24.000 Kelvin und eine Schätzung, dass fast das gesamte Jupitervolumen heißer ist als die Sonnenoberfläche , mit einer Temperatur von 6000 K nur wenige tausend Kilometer unter den Wolkendecken.

Die Annahme, dass die Ausbreitung von Jupiters Masse über die Sonnenoberfläche die Sonne für längere Zeit kalt machen würde, ist also einfach falsch; Jupiters Masse ist meist schon heiß. Es gibt viele möglicherweise interessante Effekte, die zu modellieren ich nicht bereit bin. (Zum Beispiel schreibt Rob Jeffries gerade eine nette Antwort über eine Akkretionsscheibe; Sie können immer erkennen, wenn Sie einen echten Astronomen gefunden haben, weil sie jede Frage beantworten, indem sie über den Drehimpuls sprechen.)

Einfach die erzeugte Wärmemenge zu berechnen und sie mit der Wärmekapazität von Jupiter zu vergleichen (sogar zu ignorieren, wie @rob sagt, dass Jupiters Kerntemperatur heißer ist als die Sonnenoberfläche), ist eine falsche Argumentation. Welcher Mechanismus würde bewirken, dass die gesamte Sonnenenergie auf die Erwärmung des Jupiter gerichtet wird? Ich schätze, wenn Jupiter vollständig über die Sonnenoberfläche verteilt wäre, würde das eine Masseschicht verursachen, die aufgeheizt werden müsste, bevor wir Sonnenenergie sehen würden, aber das würde erfordern, dass sich Jupiter irgendwie seitlich ausbreitet, aber nicht radial. Wenn Jupiter in die Sonne gemischt wäre, würde die Temperatur der Sonne leicht sinken, und vielleicht würde es ein paar hundert Jahre dauern, bis die Temperatur der Sonne wieder auf ihr vorheriges Niveau zurückkehrt, und vielleicht würden wir ein paar Basispunkte weniger Sonneneinstrahlung bekommen,