Wird die Erde den Mond verlieren, bevor die Sonne in eine Supernova übergeht?

Wie HDE 226868 in seiner Antwort feststellte, wird die Sonne keine Supernova werden. Das erleben nur große Stars am Ende ihres Hauptreihenlebens. Unsere Sonne ist ein Zwergstern. Dafür ist es nicht groß genug. Es wird sich stattdessen zu einem Roten Riesen ausdehnen, wenn es den Wasserstoff im Kern der Sonne verbrennt. Es wird weiterhin als roter Riese Wasserstoff verbrennen, aber in einer Hülle um eine Kugel aus Abfallhelium. Die Sonne beginnt Helium zu verbrennen, wenn sie die Spitze der Roten-Riesen-Phase erreicht. An diesem Punkt wird es ein wenig schrumpfen; eine kleine Verschnaufpause. Es wird sich auf dem asymptotischen Ast des Roten Riesen wieder zu einem Roten Riesen ausdehnen, wenn es das gesamte Helium im Kern verbrennt. Es wird dann Helium in einer Hülle verbrennen, die eine Kugel aus Abfallkohlenstoff und Sauerstoff umgibt. Größere Sterne gehen über das Heliumbrennen hinaus. Unsere Sonne ist zu klein.

Die Sonne hat als Roter Riese zwei Chancen, die Erde zu verzehren. Einige Wissenschaftler sagen, dass die Sonne die Erde verzehren wird, andere, dass dies nicht der Fall sein wird. Es ist alles ein bisschen akademisch, weil die Erde lange tot sein wird, lange bevor sich die Sonne in einen roten Riesen verwandelt. Ich werde dazu im dritten Teil meiner Antwort mehr zu sagen haben.

---

Die aktuelle Mondrezessionsrate beträgt 3,82 cm/Jahr, was außerhalb Ihres Zeitfensters von 1 bis 3 cm pro Jahr liegt. Diese Quote ist ungewöhnlich hoch. In der Tat ist es extrem hoch, wenn man bedenkt, dass die Dynamik das sagt

$$\frac {da}{dt} = (\text{some boring constant})\frac k Q \frac 1 {a^{11/2}}$$ Hier, $a$ist die Länge der großen Halbachse der Umlaufbahn des Mondes, $k$ist die Liebeszahl der Erde-Mond-Gezeiten, und $Q$ist der Qualitätsfaktor der Gezeitendissipation. Qualitativ bedeutet eine höhere Liebeszahl höhere Gezeiten, und ein höherer Qualitätsfaktor bedeutet weniger Gezeitenreibung.

Das Gegenteil$a^{5.5}$Der Faktor deutet darauf hin, dass etwas ernsthaft Ungewöhnliches passieren muss, um die Flut-Rezessionsrate im Moment so sehr hoch zu machen, und genau das ist der Fall. Es gibt derzeit zwei riesige Nord-Süd-Barrieren für den Gezeitenfluss, Amerika auf der westlichen Hemisphäre und Afro-Eurasien auf der östlichen Hemisphäre. Allein diese erhöht sich$k/Q$um einen beträchtlichen Betrag. Die Ozeane sind auch schön geformt, um einige schöne Resonanzen zu verursachen, die sich verstärken$k/Q$noch weiter.

Wenn etwas noch Ungewöhnlicheres passiert und der Mond in den nächsten Milliarden Jahren mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von vier Zentimetern pro Jahr zurückweicht, wird der Mond 425.000 km von der Erde entfernt sein (Zentrum zu Zentrum). Das ist weniger als 1/3 der Hill-Sphäre der Erde. Nahezu kreisförmige prograde Umlaufbahnen bei 1/3 oder weniger des Hill-Kugelradius sollten stabil sein. Selbst mit dieser übertriebenen Rezessionsrate wird der Mond in den nächsten Milliarden Jahren nicht entkommen.

---

Was ist nach einer Milliarde Jahren? Ich habe mich für eine Milliarde Jahre entschieden, weil die Rezession des Mondes ungefähr in dieser Zeit zum Stillstand kommen sollte. Wenn die Erde nicht bereits vor dieser Milliarden-Jahres-Marke gestorben ist, dann ist dies der Zeitpunkt, an dem die Erde stirbt.

Zwergsterne wie unsere Sonne werden während ihres gesamten Lebens auf der Hauptreihe immer leuchtender. Die Sonne wird in einer Milliarde Jahre in der Zukunft etwa 10 % heller sein als heute. Das sollte ausreichen, um ein feuchtes Gewächshaus auszulösen, das wiederum ein außer Kontrolle geratenes Gewächshaus auslöst. Die Erde wird zur Venus II. Alle Ozeane der Erde werden verdunsten. Wasserdampf wird bis weit in die heutige Stratosphäre reichen. Ultraviolette Strahlung wird diesen Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff photodissoziieren. Der Wasserstoff wird entweichen. Schließlich wird die Erde nicht nur an der Oberfläche ohne flüssiges Wasser sein, sondern auch ohne Wasserdampf in der Atmosphäre.

Fast die gesamte Rezession des Mondes ist eine Folge von Meeresgezeiten. Ohne Ozeane wird diese Tunar-Rezession mehr oder weniger zum Erliegen kommen.

Die Sonne hat nicht annähernd genug Masse, um eine Supernova zu werden. Stattdessen wird er zu einem roten Riesen anschwellen , der Merkur, Venus und möglicherweise die Erde umhüllt. Danach wird er seine äußeren Schichten als planetarischer Nebel abwerfen und sich niederlassen, um ein Weißer Zwerg zu werden . Wikipedia sagt anscheinend genau die gleichen Dinge, an die ich gedacht habe:

Die Sonne hat nicht genug Masse, um als Supernova zu explodieren. Stattdessen wird er in etwa 5,4 Milliarden Jahren die Hauptreihe verlassen und sich in einen Roten Riesen verwandeln. Es wird berechnet, dass die Sonne groß genug werden wird, um die gegenwärtigen Umlaufbahnen der inneren Planeten des Sonnensystems, möglicherweise einschließlich der Erde, zu verschlingen.

Trotzdem setzt das eine Frist für die Entwicklung der Erde und des Mondes bis zu dem Punkt, den Sie suchen. Wikipedia spricht die Möglichkeit an, dass die Erde und der Mond überleben:

Heute ist der Mond durch die Gezeiten mit der Erde verbunden; eine seiner Umdrehungen um die Erde (derzeit etwa 29 Tage) entspricht einer seiner Umdrehungen um seine Achse, zeigt also immer eine Seite zur Erde. Der Mond wird sich weiter von der Erde entfernen, und die Drehung der Erde wird sich weiterhin allmählich verlangsamen. In etwa 50 Milliarden Jahren, wenn sie die Ausdehnung der Sonne überleben, werden Erde und Mond durch die Gezeiten miteinander verbunden sein; Jeder wird in eine sogenannte "Spin-Orbit-Resonanz" verwickelt, in der der Mond die Erde in etwa 47 Tagen umkreist und sowohl Mond als auch Erde gleichzeitig um ihre Achsen rotieren, jeweils nur von einer Hemisphäre aus sichtbar das andere.

Der Mond wird also sicherlich noch da sein, wenn die Sonne ein roter Riese wird, und noch viele Milliarden Jahre danach.

---

Hier ist die Mathematik:

$$\frac{1 \text{ cm}}{1 \text{ year}} \times \frac{1 \text{ m}}{100 \text{ cm}} \times \frac{1 \text{ km}}{1000 \text{ m}} \times 5,400,000,000 \text{ years}=54,000 \text{ km}$$

Das ist etwa ein Siebtel der aktuellen Entfernung zum Mond – an seinem nächsten Pass.