Wie hat sich die Umlaufbahn der Erde über Hunderte von Millionen oder Milliarden von Jahren verändert?

Was die Umlaufzeit der Erde bestimmt, ist ihr Bahndrehimpuls und die Masse der Sonne. Zwei Ereignisse haben sicherlich die Umlaufzeit der Erde verändert (a) welche Kollision auch immer den Mond formte und (b) der kontinuierliche Prozess des Massenverlustes von der Sonne. Eine dritte Möglichkeit (c) ist, dass Gezeitenmomente der Sonne den Drehimpuls der Erde erhöht haben.

Angesichts der Tatsache, dass (a) wahrscheinlich irgendwann in den ersten zehn Millionen Jahren passiert ist und den Drehimpuls der Erde wahrscheinlich nicht wesentlich verändert hat, hängt dies von der Geschwindigkeit, Masse und Richtung des Impaktors und der Menge an Masse ab, die vom Erde-Mond verloren geht System - ich werde es ignorieren.

(b). Aus Beobachtungen jüngerer Sonnenanaloga geht hervor, dass der Massenverlust der frühen Sonne viel größer war als die bescheidene Rate, mit der sie jetzt durch den Sonnenwind an Masse verliert. Eine Übersicht von Guedel (2007) legt eine Massenverlustrate über die letzten 4,5 Milliarden Jahre nahe, die als ansteigt$t^{-2.3}$(mit erheblicher Unsicherheit über den Potenzgesetzindex), wo$t$ist die Zeit seit der Geburt und deutet auf eine anfängliche Sonnenmasse hin, die zwischen 1% und 7% größer ist als jetzt.

Das bedeutet die Erhaltung des Drehimpulses und das dritte Keplersche Gesetz$a \propto M^{-1}$und$P \propto M^{-2}$. Daher war die Umlaufzeit der Erde in der Vergangenheit aufgrund des Sonnenmassenverlustes um 2-14% kürzer, liegt aber seit 2-3 Milliarden Jahren nahe an ihrem heutigen Wert.

Wenn die Zeitabhängigkeit des Sonnen-Windkraft-Gesetzes sehr steil ist, dann trat der größte Teil des Massenverlusts früh auf, aber der gesamte Massenverlust wäre größer gewesen. Andererseits impliziert ein geringerer Gesamtmassenverlust einen geringeren Massenverlust und die Erde verbringt eine längere Zeit in einer kleineren Umlaufbahn.

(c) Das von der Sonne auf die Erde-Sonne-Umlaufbahn ausgeübte Drehmoment der Gezeiten erhöht den Umlaufabstand, weil die Rotationsperiode der Sonne kürzer ist als die Umlaufzeit der Erde. Die von der Erde induzierte Gezeiten-"Ausbuchtung" der Sonne übt ein Drehmoment aus, das den Drehimpuls der Umlaufbahn erhöht, ähnlich wie die Wirkung der Erde auf den Mond.

Dies zu quantifizieren ist schwierig. Das Gezeitendrehmoment auf einem Planeten ist von einer Sonne

Diese Vorlesungsnotizen schlagen Werte von vor$k_E/Q\sim 0.1$für die Erde und damit ein Gezeitenmoment von$4\times 10^{16}$Nm. Da der Bahndrehimpuls der Erde ist$\sim 3\times 10^{40}$kgm$^2$s$^{-1}$, dann die Zeitskala, um den Drehimpuls der Erde zu ändern (und daher$a$und$P$) ist$>10^{16}$Jahre und somit ist dieser Effekt vernachlässigbar .

Die Exzentrizität der Erdumlaufbahn variiert im Laufe der Zeit zwischen nahezu kreisförmig (niedrige Exzentrizität von 0,0034) und leicht elliptisch (hohe Exzentrizität von 0,058). Es dauert ungefähr 100.000 Jahre, bis die Erde einen vollständigen Zyklus durchläuft. In Zeiten hoher Exzentrizität kann die Strahlenexposition auf der Erde dementsprechend stärker zwischen Perioden von Perihel und Aphel schwanken. Diese Schwankungen sind in Zeiten geringer Exzentrizität ebenfalls viel milder. Derzeit liegt die Exzentrizität der Erdumlaufbahn bei etwa 0,0167, was bedeutet, dass ihre Umlaufbahn näher an ihrer kreisförmigsten ist.

Seit dem späten schweren Bombardement kann sich die Umlaufbahn der Erde nicht wesentlich verändert haben. Schließlich ist das Leben seitdem hier. Die meisten Wissenschaftler glauben, dass die Antwort auf das Paradoxon der schwachen jungen Sonne eine dickere CO2-Atmosphäre ist und nicht die nähere Erdatmosphäre. In der früheren Geschichte des Sonnensystems wurde die Erde möglicherweise von Jupiter „gehütet“, als er näher kam.