¿Cuánto falta para que caigamos en el Sol?

A medida que un planeta se mueve a través del sistema solar, se forma un arco de choque cuando el campo magnético del planeta desacelera el viento solar. Presumiblemente, la creación de esta onda de choque causaría un arrastre en el planeta, ciertamente en la dirección de la órbita, pero posiblemente también en la rotación.

¿Existe una estimación de la cantidad de arrastre en la Tierra mientras orbita alrededor del Sol? Con base en el arrastre, ¿cuánto tiempo pasaría antes de que la velocidad orbital disminuya hasta el punto en que nos adentremos lentamente en espiral hacia el Sol? ¿Caería algún planeta en el Sol antes de que el Sol se expandiera en una Gigante Roja, engulliéndolos?

Suponiendo que el sol está lo suficientemente lejos como para que básicamente podamos tratarlo como una fuente puntual de viento solar, ¿entonces el viento solar no frena la Tierra cada vez que se mueve hacia el sol y nos acelera a medida que nos alejamos? A partir de la simetría, ¿podemos argumentar que el efecto neto es básicamente cero?
Creo que el arco de choque está en la dirección de la órbita, por lo que es perpendicular al sol. Mi entendimiento es que el viento solar en la dirección radial del sol se mueve relativamente lento, particularmente en relación con la velocidad orbital de los planetas. Entonces, el arco de choque debe ser perpendicular, o ligeramente hacia el Sol, alejándose de la perpendicular. Lo que significa que podría haber una fuerza radial hacia afuera que podría compensar el factor de desaceleración. Pero eso es todo especulación, no sé lo suficiente sobre astrofísica, ¡por eso pregunté!
Vale la pena mencionar que esta es básicamente una versión no demasiado relativista del drag de Poynting-Robertson .
@ChrisWhite Buen pensamiento. Olvidé incluir la presión de radiación en mi cálculo... me pregunto cuánto la afecta.
Hmm... ¿cómo influye aquí la pérdida de masa solar a través de la desgasificación?

Respuestas (2)

Este es un cálculo realmente aproximado que no tiene en cuenta la dirección realista del arco de choque ni el cálculo de la fuerza de arrastre. Simplemente tomo el flujo de impulso neto en el viento solar y lo dirijo para producir la máxima desaceleración y ver qué sucede.

Aparentemente, la presión del viento solar es del orden de un nanoPascal. Mientras escribo esto se trata de 0.5   norte PAGS a . Puede obtener datos en tiempo real del satélite ACE de la NASA o spaceweather.com (haga clic en "Más datos" en "Viento solar"). Durante los períodos de intensa actividad solar, puede llegar a un orden o magnitud más o menos que esto. Tomemos el peor de los casos y supongamos, de manera poco realista, que toda la presión se dirige retrógradamente a lo largo de la órbita de la Tierra. Esto dará el máximo efecto de desaceleración. obtengo una fuerza neta de ∼ 10 6   norte . Dividir por la masa de la Tierra da una aceleración neta 2 × 10 − 19   metro / s 2 . Vamos a improvisar de nuevo y llamarlo 10 − 18   metro / s 2 . El tiempo que tardaría en hacer una diferencia significativa en la velocidad orbital de la Tierra ( 30   k metro / s ) es del orden de 10 15   y r . Creo que estamos a salvo.

Para los otros planetas hay un 1 / r 2 escala del viento solar con la distancia del sol (suponiendo que el viento solar se distribuye uniformemente) y una R 2 escalando con el tamaño del planeta. Entonces, para Mercurio, el primer efecto da un aumento de orden de magnitud en la resistencia y el último efecto elimina la mayor parte de ese aumento nuevamente. Hay un adicional R − 3 aumento en el efecto debido a la disminución de la masa de un cuerpo más pequeño (suponiendo que la densidad es similar a la de la Tierra). Luego está el r − 1 / 2 aumento de la velocidad de la órbita por estar más cerca del sol. Así que el factor de escala total para el tiempo es R r 3 / 2 , que para Mercurio es aproximadamente 0,1. Entonces, el resultado final no es muy diferente para Mercury.

Este sitio siempre me hace aprender nuevas funciones de Mathematica. Hizo un trabajo muy rápido con esto, ya que tiene todo tipo de datos astronómicos incorporados:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Tenga en cuenta que la cantidad de dígitos que se muestran en la columna final es ridícula. :)

+1 Estaba a punto de probar este tipo de estimación de orden de magnitud.
Creo que lo más destacado de la respuesta es el enlace Wolfram Alpha porque ahora sé que el Sol ejerce la misma fuerza sobre la Tierra que 140 caimanes americanos mordiendo. Y que el transbordador espacial que se lanza directamente en la dirección orbital en realidad aplica 10 veces más fuerza.
¿Qué pasa con las mareas de la tierra en el sol? ¿No debería funcionar en la dirección opuesta, aumentando la distancia a medida que la luna se aleja de la tierra debido a las mareas?
@annav Las mareas son engañosas. Podrían ir en cualquier dirección, dependiendo de cómo funcione la disipación (es decir, si la protuberancia de la marea se adelanta o se retrasa). No sé en qué dirección va el sistema Tierra-Sol, pero creo que he oído que la Tierra retrocede. No confíes demasiado en eso. Sin embargo, tienes razón, las mareas también deben tenerse en cuenta.
¿Cómo se compara esto con el tiempo que transcurre hasta que el Sol se convierte en una gigante roja y se traga la mitad del sistema solar de todos modos?
@JackAidley El sol se convertirá en una gigante roja en ~5 mil millones de años. El modelo más detallado de lo que sucederá creado hasta ahora muestra que la Tierra es arrastrada por las mareas hacia el sol justo antes del final de la fase de gigante roja. Sin embargo, dado que la Tierra está a punto de ser destruida/sobrevivir, el resultado no debe considerarse definitivo.
El arco de choque es causado por la magnetosfera: ¿el radio del planeta es el radio apropiado o sería el radio de la magnetosfera (ya que este es el "cuerpo" efectivo)?
@ tpg2114 Sí, sería algo así si haces un tratamiento adecuado. Este cálculo es bastante aproximado como dije. Apuesto a que los efectos del aumento del tamaño de la magnetosfera frente a la disminución de la eficiencia debido al ángulo del arco de choque y la pequeñez de la desviación del viento solar se compensan un poco. ¡Pero me encantaría ver un cálculo adecuado! ¿Alguien tiene a mano un código MHD fácil de usar?
Usando la fuerza de Poynting-Robertson de F = v L ⊙ R 2 / 4 r 2 C 2 y un plazo de τ = v / a = v METRO ⊕ / F , obtengo una escala de tiempo para este efecto alternativo de 10 17   y r , escalando como r 2 R ρ . Suponiendo que mi aritmética sea correcta, esto significa que podemos descuidar las relaciones públicas para la Tierra. Tenga en cuenta que PR no es lo mismo que la presión de radiación directa hacia el exterior, siendo esta última un efecto aún menor en la mayoría de los casos.

Esta pregunta es diferente, pero está relacionada con otra pregunta ¿Cómo es que la atmósfera de la Tierra no es “volada”? .

Al responder esa pregunta con respecto al viento solar, observé que la velocidad orbital de la Tierra es de 30 km/s mientras que la velocidad del viento solar varía entre 300 km/s y 800 km/s en direcciones casi ortogonales (completamente ortogonal si la órbita se considera circular). Por lo tanto, el viento aparente es principalmente un viento lateral, ligeramente de frente (un alcance ligeramente cercano en términos de navegación). Como primera aproximación de ángulo pequeño, el efecto de arrastre del viento solar sobre la velocidad orbital del planeta no proviene de la velocidad del viento solar, sino solo de la velocidad del propio planeta, que es, en el mejor de los casos, una décima parte de la velocidad del viento solar.

Por lo tanto, el efecto real del viento solar al frenar la velocidad orbital de la Tierra es, en el mejor de los casos, una décima parte del efecto calculado por Michael Brown, lo que lo hace aún menos significativo.

Otro punto es que la presión debida a la velocidad del propio viento solar está empujando al planeta hacia afuera, alejándolo del Sol. No estoy seguro de cómo se debe analizar esto, quiero dar la mejor idea. Una forma de hacerlo es considerar que reduce la fuerza centrípeta hacia el Sol debido a la gravedad. Además, su efecto también debe decrecer como la densidad del viento solar en proporción al cuadrado de la distancia al Sol, al igual que la gravedad. Sin embargo, el efecto es proporcional a la superficie de la sección transversal de la Tierra, más que a su masa.

Se cree que la producción de energía del Sol ha aumentado en un 30 % desde su formación (hace unos 4600 millones de años). Así que la presión del viento solar debería haber aumentado en proporción, siendo equivalente a una diminuta reducción de la fuerza centrípeta que mantiene a la Tierra en órbita. Pero también aumenta la resistencia orbital en la misma proporción. Esta producción de energía debe continuar aumentando lentamente.

Tenga en cuenta que asumí en estos últimos comentarios que el aumento de la producción se debe a una mayor cantidad de partículas que salen a la misma velocidad. Parte de la energía podría deberse a una mayor velocidad del viento solar que aumentaría el empuje hacia afuera, pero no el arrastre orbital. No sé lo que realmente ocurre.

Cálculos más detallados, que no he hecho, deberían decir cuál de los dos efectos domina, aunque probablemente ambos sean muy insignificantes.

¿Cuánto falta para que caigamos en el Sol?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v