Wie schnell ändert sich der Abstand Erde-Sonne?

Dies ist inspiriert von Beweisen, dass sich das Sonnensystem wie das Universum ausdehnt? , der auf einen Artikel von GA Krasinsky und VA Brumberg verwies, „ Säkulare Zunahme der astronomischen Einheit aus der Analyse der großen Planetenbewegungen und ihre Interpretation “, pdf hier verfügbar .

Der Artikel versucht, die zunehmende Trennung Erde-Sonne zu erklären (umlaufbahngemittelte Trennung, wie in der großen Halbachse), und ein großer Teil davon konzentriert sich auf die Expansion des Universums. Nun, Ben Crowell hat hier eine großartige Erklärung dafür gegeben , warum der Effekt der kosmischen Expansion nur mit der dritten zeitlichen Ableitung des Skalierungsfaktors eintritt, indem er feststellte, dass der Effekt „nicht nachweisbar klein“ sei.

Dann frage ich mich: Wie schnell ändert sich der Abstand Erde-Sonne ? Krasinsky und Brumberg zitieren so etwas wie fünfzehn   c m / j r , aber angesichts der Anzahl falscher Berechnungen, die sie anderswo durchführen, vertraue ich dieser Behauptung nicht ganz. Wer hat diese Analyse durchgeführt und was haben sie herausgefunden? Außerdem, welche Methoden werden verwendet? Ich würde vermuten, dass die Messung der genauen Entfernung zur Sonnenoberfläche aufgrund all der Aktivitäten, denen sie ausgesetzt ist, eine Herausforderung darstellen würde.

Beachten Sie, dass die Diskussion über die kosmische Expansion die Hintergrundmotivation für das war, was diese Frage ausgelöst hat - ich verstehe vollkommen, dass jede säkulare Veränderung der Erdumlaufbahn von anderen Effekten dominiert wird.

Beachten Sie auch, dass es auf dieser Seite eine verwandte Frage gibt: Wie wird die Entfernung zwischen Sonne und Erde berechnet? Das geht aber nicht näher auf die Methode ein. Darüber hinaus ist nicht klar, dass die Antworten Arbeit zum Messen kleiner Änderungen in der Trennung liefern. Ist zum Beispiel Radar wirklich so genau? Vielleicht ist es das, in diesem Fall würde die Begründung dafür hier als Antwort dienen.

Meinen Sie die durchschnittliche Entfernung (äquivalent zur großen Halbachse) oder die momentane Entfernung ? Die Umlaufbahn der Erde ist kein perfekter Kreis, daher ändert sich die Entfernung jährlich messbar. Ich habe die Zahlen vergessen, schauen Sie einfach nach "Elemente der Erdumlaufbahn", wenn Sie sehen möchten, wie stark sie variieren. Eine langfristige säkulare Veränderung der Umlaufbahn, wie Sie sie wahrscheinlich meinen, würde sich als Veränderungen der großen Halbachse und/oder der Exzentrizität manifestieren.
Zum vorherigen Kommentar: Ich habe nicht einmal nachgesehen, wer das gepostet hat. Natürlich kennst du dich mit Exzentrizität aus! Bitte nicht beleidigt sein. Nur der Wortlaut der Frage war in diesem Punkt etwas weniger präzise, ​​also wäre der Kommentar vielleicht eines Tages für jemand anderen nützlich. :)
@MichaelBrown Kein Problem;) Exzentrizität wäre auch interessant zu wissen, insbesondere angesichts der Tatsache, dass ich vermute , dass sie sich in kürzeren Zeiträumen ändern kann.
Potenziell relevant: Welcher Anteil der Sonnenmasse wird jährlich über die Erdumlaufbahn hinausgeschleudert.
Das Papier von Krasinsky & Brumberg hat 59 Zitate zu ADS. Das sollte ein guter Ausgangspunkt sein.
Das ist eine Art "wilde" Idee, aber wenn wir davon ausgehen, dass es in den letzten ~ 3 oder 4 Milliarden Jahren flüssiges Wasser auf der Erde gegeben hat, aber die Sonnenstrahlung vor 3 Milliarden Jahren schwächer war, lässt uns das eine Art Grenze setzen, wie viel näher wäre die Erde wahrscheinlich gewesen? Oder gibt es zu viele Faktoren (Treibhausgase etc.), die das Ergebnis zu sehr verfälschen würden?

Antworten (2)

Laut EV Petjeva (2011) beträgt die gemessene Änderungsrate des Abstands Erde-Sonne (astronomische Einheit) (1,2 +/- 3,2) cm/Jahr, wobei der Unsicherheitswert 3 Standardabweichungen darstellt. Mit anderen Worten, jede Änderung liegt innerhalb der Messunsicherheit. Sie spricht insbesondere den Wert von Krasinsky und Brumberg an. Auch EM Standish hat sich diesem Thema angenommen.

Die Messungen erfolgen durch Radarechos von anderen Planeten und Funksignale von Raumfahrzeugen. Einzelheiten finden Sie in den folgenden Referenzen.

(Beachten Sie, dass „astronomische Einheit“ technisch gesehen nicht mit der Entfernung Erde-Sonne identisch ist, siehe Standish-Referenz für Details, Krasinsky und die anderen messen alle die „astronomische Einheit“; auch „astronomische Einheit“ wurde 2012 als Konstante neu definiert , siehe Nature-Referenz für Details)

http://syrte.obspm.fr/jsr/journees2011/pdf/pitjeva.pdf

http://adsabs.harvard.edu/abs/2005IAUCo.196..163S

http://www.nature.com/news/the-astronomical-unit-gets-fixed-1.11416

Ja! Vielen Dank! Ich befürchtete, niemand würde jemals eine Antwort posten. Auch willkommen auf der Seite!
Lies den Artikel noch einmal, @DavePhD. In Tabelle 3 wird ausdrücklich angegeben, dass die Änderungsrate des Abstands Erde-Sonne (insbesondere die Länge der großen Halbachse Erde-Sonne) ist a ˙ / a = ( 1.35 ± 0,32 ) · 10 − 14 / Jahrhundert , oder a ˙ = 20.2 ± 4.8 μm/Jahr. Die astronomische Einheit wurde im späten 19. Jahrhundert effektiv von der Länge der großen Halbachse Erde-Sonne getrennt und 1976 offiziell davon getrennt.

Dies ist inspiriert von ... einem Artikel von GA Krasinsky und VA Brumberg, "Säkulare Zunahme der Astronomischen Einheit aus der Analyse der großen Planetenbewegungen und ihre Interpretation".

Pitjeva und Pitjev (1) liefern eine einfache Erklärung für die von Krasinsky und Brumberg gefundene sehr große säkulare Veränderung der astronomischen Einheit:

„In der Arbeit von Krasinsky und Brumberg wurde die au-Änderung gleichzeitig mit allen anderen Parametern bestimmt, insbesondere mit den Bahnelementen von Planeten und dem Wert der astronomischen Einheit au selbst. Derzeit ist es jedoch unmöglich, zwei Parameter gleichzeitig zu bestimmen: der Wert der astronomischen Einheit und ihre Änderung, in diesem Fall die Korrelation zwischen au und ihrer Änderung a u ˙ erreicht 98,1 % und führt zu falschen Werten dieser beiden Parameter".


Wie schnell ändert sich der Abstand Erde-Sonne?

Der erste in DavePhDs Antwort von EV Pitjeva zitierte Artikel basiert auf dem referierten Artikel von Pitjeva und Pitjev (1). Beide Artikel liefern Änderungsraten des Abstands Erde-Sonne (insbesondere die Länge der großen Halbachse Erde-Sonne). a ) und der Definition der astronomischen Einheit von 1976 a u wie

a ˙ a = ( 1.35 ± 0,32 ) ⋅ 10 − 14 / Jahrhundert a u ˙ a u = ( 8 ± 21 ) ⋅ 10 − 12 / Jahrhundert
(Hinweis: Letzteres basiert auf dem veröffentlichten Wert von a u ˙ = 1.2 ± 3.2 cm/Jahr)

Der Grund für den Unterschied von fast drei Größenordnungen zwischen diesen beiden Zahlen ist, dass die astronomische Einheit nicht die Entfernung zwischen Sonne und Erde ist. Während die astronomische Einheit ursprünglich so definiert wurde, sind die beiden Konzepte seit Ende des 19. Jahrhunderts, als Simon Newcomb seine Tables of the Motion of the Earth on its Axis and Around the Sun veröffentlichte, effektiv voneinander getrennt . Die Scheidung wurde 1976 offiziell gemacht, als die Internationale Astronomische Einheit die astronomische Einheit als Längeneinheit neu definierte, die die Gaußsche Gravitationskonstante k ausmachtehaben einen numerischen Wert von 0,017202098950000, wenn sie im astronomischen Einheitensystem ausgedrückt werden (die Längeneinheit ist eine astronomische Einheit, die Masseneinheit ist eine Sonnenmasse und die Zeiteinheit ist 86400 Sekunden (ein Tag)).


Wer hat diese Analyse durchgeführt und was haben sie herausgefunden? Außerdem, welche Methoden werden verwendet?

Es gibt drei Schlüsselgruppen:

  • Das Institut für Angewandte Astronomie der Russischen Akademie der Wissenschaften, das die Ephemeriden der Planeten und die Mondserie (EPMxxxx) von Ephemeriden erstellt (1);
  • Das Jet Propulsion Laboratory der NASA, das die Ephemeridenserie Development (DExxx) von Ephemeriden (2) und auch Ephemeriden für kleine Sonnensystemkörper herstellt; und
  • Das Institut für Himmelsmechanik und Ephemeridenberechnung des Pariser Observatoriums (L'institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides, IMCCE), das die Reihe Integration Numerique Planetaire de l'Observatoire de Paris (INPOPxx) von Ephemeriden erstellt ( 3).

Alle drei lösen numerisch die Bewegungsgleichungen für das Sonnensystem unter Verwendung einer Post-Newtonschen Expansion erster Ordnung, wenn eine Menge von Zuständen zu einer bestimmten Epoche gegeben ist. Diese Integration wird natürlich nicht mit den mehreren hunderttausend Beobachtungen übereinstimmen, die im Laufe der Zeit gesammelt wurden. Alle drei verwenden hochspezialisierte Regressionstechniken, um die Epochenzustände zu aktualisieren, um die Fehler zwischen Schätzungen und Beobachtungen irgendwie zu minimieren. Alle drei gehen sorgfältig auf stark korrelierte Zustandselemente ein, was Krasinsky und Brumberg nicht getan haben. Alle drei teilen Beobachtungsdaten, kooperieren manchmal (gemeinsame Papiere, IAU-Ausschüsse, ...) und konkurrieren manchmal ("unsere Technik ist besser als Ihre (zumindest für den Moment)").


Ist zum Beispiel Radar wirklich so genau?

In Bezug auf Radar wurde die Entfernung zur Sonne nie direkt über Radar gemessen. Wenn Sie es nicht massiv mit Filtern schützen, ist es im Allgemeinen eine schlechte Idee, ein Teleskop jeglicher Art direkt auf die Sonne zu richten. Wenn sie massiv mit Filtern geschützt wäre, würde eine Funkantenne das schwache Radarecho nicht sehen. Diese Radarmessungen aus den 1960er Jahren betrafen Merkur, Venus und Mars. Es gibt keinen zwingenden Grund, diese Planeten jetzt anzupingen, da die Menschheit künstliche Satelliten in die Umlaufbahn um diese Planeten geschickt hat. Das Senden eines künstlichen Satelliten in die Umlaufbahn um einen Planeten (im Gegensatz zum Vorbeifliegen) liefert Messungen mit wesentlich höherer Qualität als Radar-Pings.


Verweise:

  1. EV Pitjeva und NP Pitjev, "Änderungen der Sonnenmasse und der Gravitationskonstante, geschätzt anhand moderner Beobachtungen von Planeten und Raumfahrzeugen", Solar System Research 46.1 (2012): 78-87 .

  2. E. Myles und Standish und James G. Williams, „Orbitale Ephemeriden der Sonne, des Mondes und der Planeten“, *Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac (2012): 305-346 .

  3. A. Fiengaet al. "INPOP: Evolution, Anwendungen und Perspektiven", Proceedings of the International Astronomical Union 10.H16 (2012): 217-218 .

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