¿Cómo afectan las estrellas lejanas a la Tierra?

Una gran cantidad (por decirlo suavemente) de elementos se crean en estrellas y supernovas. Estos elementos luego viajan por el espacio hasta que caen a la Tierra (o, para ser exactos, una porción microscópica de ellos nos llega). La Tierra misma no existiría si las estrellas no hubieran generado elementos que luego se agruparon en polvo, en minerales, y así sucesivamente hasta que una gran bola de materia comenzó a orbitar alrededor del Sol.

Aquí hay una breve cita del artículo de Wikipedia sobre rayos cósmicos :

Los datos del telescopio espacial Fermi (2013) se han interpretado como evidencia de que una fracción significativa de los rayos cósmicos primarios se originan en las supernovas de estrellas masivas. Sin embargo, no se cree que esta sea su única fuente. Es probable que los núcleos galácticos activos también produzcan rayos cósmicos.

Así que mantendré mi afirmación de que las estrellas nos están dando masa (es decir, no fotones) así como fotones en tiempo real, no solo como polvo espacial de 5 mil millones de años.

Las estrellas en nuestro vecindario galáctico tienen un efecto gravitatorio dinámico en el funcionamiento interno del sistema solar:

Construyeron la nube de Oort

La nube de Oort es una nube aproximadamente esférica de cuerpos helados que se cree que actúa como un reservorio de cometas de período largo (y que especulamos que existe para explicar la existencia de dichos cometas). Estos cuerpos helados se formaron de la misma manera que los objetos del cinturón de Kuiper , acrecentándose en órbitas circulares en los bordes exteriores del sistema solar, pero luego tuvieron interacciones gravitatorias con los planetas que los dispersaron en órbitas más altas.

Lo que sucedió a continuación probablemente lo explique mejor Hal Levison en esta interesante entrevista con Emily Lakdawalla :

Comienzas con un grupo de tipos helados entre los planetas. Y comienzan a dispersarse hacia afuera. Si lo piensas, haces sobrevuelos de planetas para obtener patadas de velocidad. Las naves espaciales lo hacen todo el tiempo. El planeta no puede ponerte en una órbita que ya no cruza su órbita, porque es solo una patada de velocidad, no es una patada de posición. Entonces, en las primeras etapas, cuando los planetas se están formando, están dispersando estos objetos cometarios de tal manera que el perihelio aún permanece entre los planetas, pero el semieje principal está haciendo un recorrido aleatorio a medida que te dispersas. Entonces, el eje semimayor está dando vueltas y creciendo lentamente porque se está difundiendo hacia afuera, hasta el punto en que la galaxia puede volverse importante gravitacionalmente. Y eso actúa como un par. Lo que hace la galaxia es no cambiar el semieje mayor, pero sí cambia la distancia del perihelio. Así que sales a unos pocos miles de AU y la galaxia puede levantar el perihelio lejos del sistema planetario y luego estás congelado en la nube de Oort.

Las órbitas de los objetos de la nube de Oort son enormes porque fueron impulsadas allí por la asistencia gravitatoria de los planetas, pero como señala Levison, este proceso solo puede producir elipses muy altas que aún se cruzan con la órbita del planeta, en la ubicación de la asistencia original, porque todos Las órbitas elípticas están cerradas.

La galaxia, por otro lado, está demasiado lejos para elevar la órbita de alguien (no puede proporcionar energía orbital), pero lo que hace es circular estas órbitas elípticas largas y delgadas. Esto es a lo que Levison se refiere como torque: cambiar energía cinética radial por velocidad angular. Esto hace que la órbita sea menos elíptica mientras se mantiene constante el semieje mayor (porque esto mantiene constante la energía) y, por lo tanto, aleja el perihelio del sistema solar 'interior' (es decir, de Neptuno hacia adentro) hasta que el objeto ya no puede interactuar significativamente con él. cualquier planeta, en cuyo punto se sella el tamaño de su órbita, y el único cambio posible que puede ocurrir es una mayor deriva de su elipticidad inducida por estrellas extrasolares.

Eso se siente como suficiente para seguir adelante conmigo.

Las otras respuestas hablan de algunos de los efectos. Esta es una respuesta complementaria que intenta poner un número a la fuerza detrás de uno de los efectos: la atracción gravitacional.

Proxima Centuri es la estrella más cercana a nuestro sistema solar. Está a unos 4 × 10 ¹⁶ m de distancia y tiene una masa de 2,45 × 10 ²⁹ kg. La masa de la Tierra es de aproximadamente 5,97 × 10 ²⁴ kg. Reemplazando estos valores en la fórmula de gravitación estándar , encontramos que la fuerza de atracción gravitatoria entre la Tierra y Próxima Centuri es:

$F = \frac{G m_1 m_2}{r^2}$

$= \frac{6.67408 × 10^{-11} × 2.45 × 10^{29} × 5.97 × 10^{24}}{ (4 × 10^{16})^2 }$

$= 6.1 × 10^{10} N$

Esto es ¹ más grande de lo que esperaba cuando comencé este cálculo.

Obviamente, esta fuerza no está actuando sobre la Tierra de forma aislada. Prácticamente todos los objetos de alguna importancia en nuestro propio sistema solar ejercen fuerzas gravitacionales mucho mayores que las de la Tierra, cuyos efectos deben considerarse antes de cualquier efecto potencial de Proxima Centuri.

Además, todos los objetos del sistema solar tendrán aproximadamente la misma fuerza (proporcional a su masa) ejercida sobre ellos por Proxima Centuri y, por lo tanto, el sistema solar actuará más o menos como un objeto con respecto a Proxima Centuri en este sentido. Ciertamente, no hay expectativa de que la Tierra (o cualquier otro objeto del sistema solar) de repente salga de su movimiento normal y se aleje en dirección a Próxima Centuri.

Algunas comparaciones interesantes han aparecido en los comentarios; Los estoy tabulando aquí para el registro (las cifras son todas muy aproximadas):

$6.6 × 10^{9} N$- Peso (al nivel del mar) del barco más grande de todos los tiempos ( Seawise Giant ), totalmente desplazado.

$6.1 × 10^{10} N$- Fuerza de atracción gravitatoria entre la Tierra y Próxima Centuri

$6 × 10^{11} N$- Fuerza de atracción gravitatoria entre la Tierra y Plutón

$2 × 10^{20} N$- Fuerza de atracción gravitatoria entre la Tierra y la Luna

Tenga en cuenta también que la masa combinada del binario Alpha Centuri es un poco más de 16 veces la masa de Proxima Centuri, y está apenas (en términos astronómicos) más lejos . Entonces, su fuerza de atracción gravitacional hacia los objetos del sistema solar será 16 veces mayor.

_{1 Comente/edite si ve un error en el cálculo.}

No creo que la luz de las estrellas que no sean el Sol sea de mucha utilidad práctica hoy en día, excepto para la navegación clásica, donde es esencial, por supuesto.

Supongo que cualquier efecto proviene del alcance ilimitado de la fuerza gravitacional, que cae con el cuadrado de la distancia pero crece linealmente con la masa que ejerce la fuerza. Una estrella afecta más obviamente a los planetas de su sistema. Un montón de estrellas están afectando a su cúmulo estelar, y así sucesivamente.

Consulte este subcapítulo en las conferencias de Feynman.

Gravitacionalmente, hay poco efecto inmediato en la Tierra a diario, aunque durante períodos de tiempo muy largos, las estrellas que pasan lo suficientemente cerca del sol podrían interrumpir las órbitas de los objetos de la nube de Oort y enviarlos hacia el sol (y la tierra u otros planetas). en nuestro Sistema Solar).

Culturalmente, las estrellas tienen un impacto muy grande en nuestra especie. La religión, el arte, la ciencia y otras áreas de nuestra cultura obtienen inspiración y conocimiento de la observación de las estrellas. A medida que estudiamos y entendemos más sobre las estrellas y sus planetas, entendemos más sobre nosotros mismos y nuestro lugar en el universo. Podría decirse que no tendríamos la misma cultura sin las estrellas con nosotros a lo largo de los siglos, y habríamos tenido un impacto diferente en la tierra del que hemos tenido. Debido a que las estrellas nos afectan y nosotros afectamos a la tierra, las estrellas afectan indirectamente a la tierra a través de sus efectos sobre nosotros.

• La gravitación de las estrellas de nuestra galaxia mantiene el sistema solar en ella. Sin embargo, no estoy seguro de si eso es importante para la Tierra o para la vida en la Tierra, pero hace que los cielos nocturnos sean más agradables.

• Los estallidos de rayos gamma, si están lo suficientemente cerca y (in)apropiadamente orientados, afectan la tierra. Se sabe que un evento de rayos gamma de un "repetidor gamma suave" , SGR 1900+14, afectó a la atmósfera terrestre, aunque estaba a 20.000 años luz de distancia. Los eventos más fuertes son tan poderosos que uno cercano sería devastador. Afortunadamente son raros (algunos por millón de años por galaxia).

El principio de Mach, que la inercia es causada por la distribución de estrellas distantes, fue un principio que Einstein intentó incorporar a GR, pero fracasó.

Sin embargo, Barbour incorporó recientemente un aspecto del principio de Mach en su teoría del tiempo: el tiempo de las efemérides .

Una efemérides da la posición de los cuerpos celestes, y la duración se deduce en términos de tales posiciones.

Y

un reloj hecho por el hombre, un cronómetro, es "un mecanismo para medir el tiempo que está lo más sincronizado posible con el tiempo de las efemérides ".

En general, la idea central del artículo de Barbour es mostrar que el tiempo es un aspecto de una ley atemporal que rige el cambio.

Las estrellas distantes también son responsables de los rayos cósmicos, que a su vez pueden afectar el clima de la Tierra.