Zusammenfassend: Nein, dies ist kein plausibler Mechanismus, da Orbitaländerungen, die groß genug sind, um die beobachteten Änderungen zu berücksichtigen, die Länge eines Jahres wirklich erheblich verändern würden, und wir würden dies bemerken.

Die richtige Antwort darauf wäre zu verstehen, wie der solare Antrieb (die Kraft an der Spitze der Atmosphäre von der Sonne) vom Umlaufradius abhängt (einfach) und zu verstehen, wie das Klima darauf reagiert (schwer). Wenn ich später Zeit habe, werde ich dieser Antwort einen Abschnitt hinzufügen, der einige dieser Informationen zusammenfasst. Aber es stellt sich heraus, dass Sie eine nette Physikerantwort geben können, die ausreicht, um zu zeigen, dass dies absurd ist (was nicht bedeutet, dass es eine schlechte Frage ist!).

Die Antwort des einfältigen Physikers

Angenommen, die Erde ist ein möglicherweise etwas unvollkommener schwarzer Körper bei einer bestimmten Temperatur$T$, in einer fast kreisförmigen Umlaufbahn des Radius$R$, und ist von der Sonne entfernt (die es ist). Die ankommende Kraft von der Sonne geht wie$R^{-2}$, und die von der Erde abgestrahlte Leistung geht wie$T^{4}$. Daraus bekommen wir sofort

Wo$\alpha$ist zu bestimmen. Für die Erde wissen wir das$T \approx 287\,\mathrm{K}$(das ist etwa 14 Grad C) und$R \approx 1.5\times 10^{11}\,\mathrm{m}$. Wenn wir diese einstecken, bekommen wir$\alpha = 1.11\times 10^{8}$(in einigen Einheiten möchte ich nicht darüber nachdenken).

(An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass Sie, wenn Sie die Erde einfach als perfekten schwarzen Körper mit konstanter Temperatur behandeln (also vollständig leitfähig ist und keine heißere und kältere Seite hat), herausfinden können, wie hoch die Temperatur sein sollte ist in der Tat

Wo$P_S$ist die Ausgangsleistung der Sonne und$\sigma$ist die Stefan-Boltzmann-Konstante. Das gibt$T\approx 278\,\mathrm{K}$was bemerkenswert nah ist: Alle Planeten außer der Venus sind tatsächlich ziemlich nah. Das rechtfertigt also den einfältigen Ansatz hier: Es ist nicht so falsch.)

Also jetzt die obige Formel neu anordnen:

Und wir können unsere bekannten Werte einsetzen und überprüfen, ob die richtige Antwort herauskommt, was auch der Fall ist.

Also, OK, nehmen wir eine Erwärmung von 1,5 Grad an, was für die aktuelle Erwärmung gegenüber der vorindustriellen Zeit plausibel ist. Also wollen wir jetzt rechnen$R_w$, der Umlaufradius für eine wärmere Erde:

Der Umlaufradius müsste sich also um etwa ändern$2\times 10^{9}\,\mathrm{m}$um diese Erwärmung zu erklären.

Wie viel ist das? Nun, von Kepler wissen wir, dass die Umlaufzeit,$P$(Normalerweise ist das$T$aber ich habe das verwendet) ist

Wo$G$ist Newtons Gravitationskonstante, und$M$ist die Masse der Sonne. So$G = 6.67\times 10^{-11}\,\mathrm{N}\mathrm{m}^{2}/\mathrm{kg}^{2}$, Und$M = 1.99\times 10^{30}\,\mathrm{kg}$.

Das Einstecken meines ursprünglichen Orbitalradius ergibt ein Jahr$3.17\times 10^{7}\,\mathrm{s}$was nahe an der richtigen Antwort liegt. Einstecken der$R_w$von oben ergibt ein Jahr$3.11\times 10^{7}\,\mathrm{s}$. Die Jahreslänge würde also um etwa kürzer werden$6\times 10^{5}\,\mathrm{s}$: ungefähr eine Woche.

Ich bin überrascht, wie groß dieser Unterschied ist: Ich hatte etwas leicht Erkennbares, aber ziemlich Kleines erwartet, wie eine Stunde oder so, nicht eine Woche. Es kann sein, dass ich oben einen numerischen oder anderen Fehler gemacht habe.

Der Punkt bleibt jedoch: Dies ist kein plausibler Mechanismus.

Die Antwort eines einfältigen Klimamodellierers

Hier ist eine Antwort, die einen einfältigen (aber nicht völlig unplausiblen) Ansatz auf der Grundlage von Klimamodellen verwendet.

Der erste Begriff, den Sie hier brauchen, ist der des Strahlungsantriebs : Dies ist im Wesentlichen der Unterschied zwischen der Sonneneinstrahlung (der Energie, die von der Sonne am oberen Ende der Atmosphäre einfällt) und der Energie, die am oberen Ende der Atmosphäre wieder abgestrahlt wird. Im Gleichgewicht muss es Null sein: In der Praxis ist es nicht Null, weil das System nicht im Gleichgewicht ist (es gibt Wetter, Jahreszeiten usw.), aber wenn der langfristige Durchschnitt nicht Null ist, wird sich das System erwärmen oder abkühlen langfristig („langfristig“ bedeutet hier Jahrzehnte: Alles, was kürzer als ein Jahrzehnt ist, wird wahrscheinlich von dem Chaos überschwemmt, das wir „Wetter“ nennen).

Alles wird in Watt pro Quadratmeter gemessen: Der Strahlungsantrieb ist in der Tat der Energiefluss pro Flächeneinheit bei TOA, gemittelt über die Oberfläche des Planeten für unsere Zwecke (offensichtlich würde ein Klimamodell diese Mittelung nicht durchführen wollen, sondern über welches Gitter auch immer mitteln Größe des Modells ist).

Eine Komponente des Strahlungsantriebs – und die einzige, um die wir uns kümmern werden – ist der Solarantrieb, der die von der Sonne einfallende Strahlung ist, von der die direkt reflektierte Strahlung abgezogen wird. Ich werde das nennen$F_S$. Dafür gibt es eine einfache Formel:

Wo$S$ist die Solarkonstante, die der Fluss ist, der die Erdumlaufbahn durchquert ($S$ist, was wir optimieren werden), und$A$ist Albedo (ich weiß nicht, was das übliche Symbol dafür ist). Der Faktor von$4$liegt daran, dass die Erde eine Kugel ist: Eine Hälfte erhält überhaupt kein Sonnenlicht, und der Durchschnitt über die beleuchtete Hemisphäre beträgt nur die Hälfte der einfallenden Energie (dies ist leicht zu berechnen). Für die Erde$A \approx 0.3$, also bekommen wir

Das ist also der solare Antrieb.

Das nächste, was Sie wissen müssen, ist die Klimasensitivität : So hängt die Oberflächentemperatur (die uns interessiert) von Änderungen des Antriebs ab. Da alle Änderungen eher klein sind, reicht es aus, dies als linearen Zusammenhang auszudrücken: Es gibt offensichtlich Terme höherer Ordnung, aber sie spielen keine Rolle. Das finde ich immer etwas verwunderlich, aber eigentlich völlig berechtigt. Also können wir eine Gleichung wie schreiben

Wo$\Delta T$ist Temperaturänderung, und$\Delta F$ist eine Änderung des Zwanges.

Jetzt müssen Sie mir glauben, dass ein Wert von$\lambda$von etwa$0.8$vernünftig ist: Dies ist ein Wert, der ungefähr gibt$3$Grade der Erwärmung für eine Verdopplung des atmosphärischen Kohlendioxids, was irgendwo im vernünftigen Bereich liegt. Die Klimasensitivität ist jedoch etwas, das wir nicht vollständig kennen.

Nehmen wir also noch einmal eine Erwärmung um anderthalb Grad gegenüber dem vorindustriellen Klima an. Und wir bekommen

Und jetzt nehmen wir an, dass all dies von der Veränderung der Erdumlaufbahn herrührt: sonst ändert sich nichts . Diese Annahme sollte Sie mit Angst erfüllen, aber alles, was wir suchen, ist eine durchschnittliche Zahl, denken Sie daran. Was wir also haben, ist

Jetzt können wir einfach einige der Dinge replizieren, die wir für das Schwarzkörpermodell gemacht haben:

Und das wissen wir$S_0 = 1370\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$, Und$R_0 = 1.5\times 10^{11}$(Ich benutze$0$für 'anfangs' ausreicht, und beachten Sie, dass dies$\alpha$ist nicht dasselbe wie die$\alpha$im vorherigen Abschnitt, sorry). Damit wir rechnen können$\alpha$:

Und das wissen wir jetzt$S = F_S\times 4/0.7$, So

Und endlich können wir rechnen$R_w$:

Was einen Unterschied von ca$1\times 10^{9}\,\mathrm{m}$-- etwa die Hälfte dessen, was der Schwarzkörper-Ansatz lieferte, aber deutlich damit vergleichbar -- was einem Jahresunterschied von wenigen Tagen entspricht.

Auch dies ist also kein plausibler Mechanismus.

Anmerkungen

Ich war sehr schlampig in Bezug auf signifikante Zahlen und gelegentlich in Bezug auf Einheiten (wobei ich einige unbequem komplizierte weggelassen habe). Verzeihung. Über Korrekturen würde ich mich natürlich freuen!

Alle Zahlen wurden von Wikipedia oder einer anderen Suchmaschine abgekratzt: Ich denke, sie sind vernünftig, aber möglicherweise nicht vollständig.

Der Ansatz der Klimamodellierung enthält zwei enorme Auslassungen, die Klimamodellierer (vollständige Offenlegung: Ich arbeite irgendwo, wo Klimamodellierung durchgeführt wird) zur Weißglut bringen werden.

• Klimasensitivität, meine$\lambda$, ist eine Zahl, die wir nicht sehr gut kennen, und sie ist furchtbar wichtig, da sie den Unterschied zwischen „Wir-werden-alle-sterben“ und „Nur-die-armen-Menschen-sterben-werden“ ausmacht. Die Zahl, die ich gewählt habe, ist meines Erachtens unumstritten (außer unter Leuten, die dafür bezahlt werden, etwas anderes zu sagen).
• Ich habe einfach angenommen, dass die Änderung des Strahlungsantriebs ausschließlich auf die Sonne zurückzuführen ist. Wenn das wahr wäre, könnten wir alle nach Hause gehen, weil wir das in der Praxis wissen (da wir es messen).$S$ist ziemlich stabil, da sich die Erde tatsächlich nicht in die Sonne dreht (The Clash nicht standhält). Tatsächlich berechnet man den Antrieb,$F$ist enorm kompliziert, und es ist mehr oder weniger das, was Klimamodelle mehr oder weniger gut machen. Als Beispiel, wenn$F_S$steigen würden, dann haben Sie am Ende mehr Wasserdampf in der Atmosphäre (wenn sie sich erwärmt), und dies ändert die Albedo (da ein Teil davon Wolken sein werden) und ist auch ein starkes Treibhausgas für sich. Sie werden also sofort in ein enorm nichtlineares Problem der Fluiddynamik versetzt. Und das ist nur ein Mechanismus, den wir zumindest im Prinzip verstehen. Aus diesem Grund ist die Klimamodellierung nicht einfach und wichtig.

Es ist Winter auf der Nordhalbkugel und wir sind am nächsten Punkt zur Sonne. Am nächsten? Ja, Sie haben richtig gelesen. Am nächsten. Für die Nordländer ist die Wintersonnenwende gerade vorbei. Aber die Wahrheit ist, dass die Erde am 3. Januar 2007 das Perihel erreicht, ihren sonnennächsten Punkt in ihrer jährlichen Umlaufbahn um unseren Stern.

Die Erde erreicht am 3. Januar 2007 das Perihel (Abbildung C). Der Abstand Erde-Sonne beträgt 147.093.602 km. Aphel, die größte Entfernung von der Sonne, tritt am 7. Juli 2007 auf, wenn die Entfernung Erde-Sonne 152.097.053 km beträgt.

Daraus ist ersichtlich, dass es nicht die Entfernung ist, die die durchschnittliche Temperatur in den Hemisphären steuert, sicherlich ist die Winter/Sommer-Änderung viel größer als die winzige, in Bezug auf sie beobachtete globale Erwärmung.

Deshalb wurde kein Modell nach dem Motto „die Erde mag sich der Sonne nähern“ entwickelt. Es ist offensichtlich, dass die beobachteten Temperaturen mit vielen anderen Faktoren zu tun haben, die die Atmosphäre und die Oberfläche beeinflussen, wie Albedo usw. und nicht nur mit der Entfernung zur Sonne. Die Antwort von tfb zeigt ungefähr, dass sich unsere Kalender geändert hätten, wenn so etwas passiert wäre.

Werfen Sie einen Blick auf diese Seite , um zu sehen, was die Jahreszeiten verursacht.

Wenn unser Planet die Umlaufbahn verlassen hätte, wären wir gebraten oder eingefroren worden. Es gibt keinen möglichen Weg, ohne dass wir alle sterben, um die globale Erwärmung zu erklären. Für jede Meile, die unser Planet vorwärts geht, bewegt er sich 1/9 Zoll in Richtung Sonne, und wenn wir 1/8 Zoll gehen würden, würden wir gebraten werden. Wenn wir 1/10 Zoll gingen, würden wir einfrieren.