Wenn die Erde das Sonnensystem für den interstellaren Raum verlassen hat. Wie lange würde es dauern, bis die Atmosphäre gefriert?

die erde gibt entsprechend ihrer temperatur thermische strahlung ab und verliert auf diese weise energie (und sinkende temperatur). Normalerweise wird dies - jeden Tag oder jedes Jahr - durch die von der Sonne kommende Energie aufgehoben. Der zweite Term würde in Ihrem Gedankenexperiment fehlen.

Also würden diese durchschnittlich 342 Watt pro Quadratmeter, die von der Sonne kommen (genauer gesagt nur etwa 250, weil ein Teil ohne Umwandlung der Energieform sowieso reflektiert wird, also so ist, als ob es überhaupt nicht kommt) von der Sonne verschwinden Budget. Man muss die Wärmekapazität der Atmosphäre abschätzen - und die relevanten Schichten des Ozeans, die in der Lage sind, die Atmosphäre darüber für eine Weile zu erwärmen. Aber Sie müssen nicht so anspruchsvoll sein. Es genügt, sich die Realität des Wetters anzusehen – Zahlen, die jeder kennt.

Im kontinentalen Klima senkt der Übergang von Tag zu Nacht die Temperatur der Atmosphäre um durchschnittlich 1 Grad Celsius (Bewölkung macht den Tageszeitunterschied kleiner; sonniger Himmel macht ihn größer). Da das, was Sie sagen, nur eine permanente Nacht ist, würde diese Abkühlungsrate einfach weitergehen und weitergehen. Die anfängliche Rate wäre also eine Abkühlung um 1 Grad pro Tag oder so; Über dem Ozean würde es langsamer sein.

Wenn die Temperatur der Erde sinken würde, würde die Strahlung mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur (in Grad Kelvin) sinken. Die Atmosphäre würde kühler, teilweise kondensiert (wenn nicht gefroren) und viel dünner werden. Sobald also die absolute Temperatur um 20 Prozent gesunken ist (beachten Sie das$1.2^4$gleich 2 oder so) oder etwa 50 Grad Celsius, würde die Abkühlungsrate auf die Hälfte der ursprünglichen abfallen. Man braucht auf jeden Fall ein paar Monate, um auf minus 50 Grad oder so zu kommen. Der Ozean würde noch lange oszillieren und versuchen, die dünnere Atmosphäre direkt über ihm aufzuschmelzen – so wie die Wasserzirkulation unter dem Eis in einem Teich. Beachten Sie, dass die Tiefseezirkulation etwa 1.500 Jahre dauert.

Natürlich würde der Ozean für eine sehr lange Zeit nicht zufrieren. Aber das ist schon eine andere Frage. Unnötig zu sagen, dass Wärme fast nicht unter den festen Boden gelangt - Kilometer unter den Felsen würden sie nicht bemerken, dass die Sonne für Tausende von Jahren oder viel länger verschwunden ist.

Beste Grüße Lubos

Wenn Sie plötzlich einen großen Bildschirm zwischen Erde und Sonne werfen könnten, würde die anfängliche Energieverlustrate gleich der gesamten Sonnenenergiezufuhr sein:

Wo$\alpha$ist die mittlere Albedo, die Wolfram angibt$0.37$, der Fluss ist$F = 1400\frac{\text{W}}{\text{m}^2}$, und der Radius der Erde ist$R_e = 6.4 \times 10^6\text{ m}$, Ich bekomme$7 \times 10^{16} W$.

Jetzt drängt sich die Atmosphäre grob zusammen$5 \times 10^{18}\text{ kg}$(wieder Wolfram) und die Wärmekapazität von Stickstoffgas ist$c_p = 30 \frac{\text{J}}{\text{mol K}} = 1070 \frac{\text{J}}{\text{kg K}}$. Die anfängliche Abkühlung wird also herum sein$1.3 \times 10^{-5}\text{ K/s}$, oder etwa ein Kelvin pro Tag. Diese Rate sinkt um die vierte Potenz der Temperatur (verwenden Sie absolute Einheiten!).

Dinge, die unberücksichtigt bleiben:

• Ich habe die Ozeane und Erdwärme vernachlässigt. Beide Effekte werden die Dinge verlangsamen, der Ozean beträchtlich, geothermisch, nicht so sehr. Es gibt auch viel Wärme im Gestein selbst, aber Gestein ist ein viel besserer Isolator als Wasser, so dass es kurzfristig eine geringere Wirkung hat. Gehen Sie trotzdem in eine tiefe Mine oder Höhle, um sich warm zu halten, und achten Sie auf die Lücke im Minenschacht !
• Die Verdampfungswärme von Wasserdampf und die Schmelzwärme von flüssigem Wasser und Kohlendioxid verlangsamen die Dinge, während die Phasenübergänge stattfinden. Es wird später noch andere Phasenübergänge geben, aber die werden den gefrorenen Leichen nichts ausmachen ...
• Ich habe eine Schwarzkörper-Näherung verwendet, die sicherlich nicht genau ist, aber für unsere Zwecke ausreichen sollte.

Wie Omega in den Kommentaren sagt, sind all diese Faktoren mildernd, und die tatsächliche Rate des Temperaturverlusts könnte um einen Faktor von mehreren (vielleicht sogar zehn) niedriger sein als die obige Berechnung. Es gibt viele Details, die wirklich wichtig sind, und die Dinge werden sich ändern, wenn sich die Atmosphäre ändert (mehr Wolken, dann weniger, möglicherweise Kohlendioxidwolken ...) und die Ozeane zufrieren.

Die Tatsache, dass der Tag/Nacht-Temperaturzyklus viel größer ist als die oben abgeleitete tägliche Änderung, legt jedoch nahe, dass die Temperatur in der Nähe der Erdoberfläche nur lose an die mittlere Atmosphärentemperatur gekoppelt ist (ich denke, das ist keine große Überraschung, da dies wahrscheinlich der Fall ist) . der wärmste Teil der Atmosphäre), sodass Sie davon ausgehen können, dass die Oberflächentemperaturen zunächst viel schneller als im Mittel sinken werden. Wie viel schneller? Nun, wie der Tag-Nacht-Wechsel anfangs, obwohl ich vermute, dass sich das ziemlich schnell verlangsamen wird.

Geschwindigkeit relativ zu wo? Ist aber nicht so entscheidend =)

Es würde einige Stunden (vielleicht ein paar Tage) dauern, wenn Sie es sofort an einen leeren Ort bringen würden. Es würde einige Wochen dauern, wenn Sie sich allmählich von der Sonne entfernen. Lassen Sie mich anmerken, dass, wie Noldorin sagte, der einzige Weg der Wärmeübertragung die Strahlung ist, aber da die Erde ein relativ guter Strahler ist, würde es nicht sehr lange dauern.

Es würde fast immer eine Atmosphäre geben, weil es einfach genug Schwerkraft gibt, um Gas anzuziehen, egal um welche Art von Gas es sich handelt. Es wird jedoch sicherlich dunkler und weniger dicht sein. Es gibt nicht annähernd genug Methan auf der Erde, um einen Methankreislauf ähnlich dem von Titan zu bilden. Titan besitzt vielleicht hundertmal mehr Methan als die Erde.