En resumen: no, este no es un mecanismo plausible, ya que los cambios orbitales lo suficientemente grandes como para dar cuenta de los cambios observados cambiarían la duración de un año de manera realmente significativa y nos daríamos cuenta de esto.

La respuesta correcta a esto sería comprender cómo el forzamiento solar (la potencia del Sol en la parte superior de la atmósfera) depende del radio orbital (fácil) y comprender cuál es la respuesta del clima a esto (difícil). Si tengo tiempo más tarde, agregaré una sección a esta respuesta que resuma parte de esa información. Pero resulta que puedes hacer una buena respuesta física que sea adecuada para mostrar que esto es absurdo (¡lo que no significa que sea una mala pregunta!).

La respuesta del físico simple

Suponga que la Tierra es un cuerpo negro, posiblemente ligeramente imperfecto, a una temperatura$T$, en una órbita casi circular de radio$R$, y está distante del Sol (que lo es). El poder entrante del Sol va como$R^{-2}$, y el poder radiado desde la Tierra va como$T^{4}$. De esto obtenemos inmediatamente

Dónde$\alpha$está por determinar. Para la Tierra sabemos que$T \approx 287\,\mathrm{K}$(esto es alrededor de 14 grados C) y$R \approx 1.5\times 10^{11}\,\mathrm{m}$. Conectando estos obtenemos$\alpha = 1.11\times 10^{8}$(en algunas unidades no quiero pensar).

(Vale la pena señalar en este punto que si simplemente tratas a la Tierra como un cuerpo negro perfecto a una temperatura constante (por lo que es completamente conductivo y no tiene un lado más caliente y otro más frío) puedes calcular cuál debería ser la temperatura es de hecho

dónde$P_S$es la potencia de salida del Sol y$\sigma$es la constante de Stefan-Boltzmann. Esto da$T\approx 278\,\mathrm{K}$que está notablemente cerca: todos los planetas, excepto Venus, están razonablemente cerca de hecho. Así que esto justifica el enfoque simplista aquí: no está tan mal).

Así que ahora, reorganizando la fórmula anterior:

Y podemos conectar nuestros valores conocidos y comprobar que sale la respuesta correcta, lo cual sucede.

Entonces, está bien, supongamos 1,5 grados de calentamiento, lo cual es plausible para el calentamiento actual frente al preindustrial. Así que ahora queremos calcular$R_w$, el radio orbital para una Tierra más cálida:

Entonces, el radio orbital tendría que cambiar en aproximadamente$2\times 10^{9}\,\mathrm{m}$para dar cuenta de este calentamiento.

¿Cuanto es eso? Bueno, de Kepler sabemos que el período orbital,$P$(normalmente esto es$T$pero he usado eso) es

dónde$G$es la constante gravitacional de Newton, y$M$es la masa del Sol. Entonces$G = 6.67\times 10^{-11}\,\mathrm{N}\mathrm{m}^{2}/\mathrm{kg}^{2}$, y$M = 1.99\times 10^{30}\,\mathrm{kg}$.

Conectar mi radio orbital original da un año de$3.17\times 10^{7}\,\mathrm{s}$que está cerca de la respuesta correcta. Enchufando el$R_w$desde arriba da un año de$3.11\times 10^{7}\,\mathrm{s}$. Entonces, la duración del año se acortaría en aproximadamente$6\times 10^{5}\,\mathrm{s}$: Alrededor de una semana.

Me sorprende lo grande que es esta diferencia: esperaba algo fácilmente detectable pero razonablemente pequeño como una hora o algo así, no una semana. Puede ser que haya cometido algún error numérico o de otro tipo arriba.

Sin embargo, el punto permanece: este no es un mecanismo plausible.

La respuesta de un modelador climático simple

Aquí hay una respuesta que utiliza un enfoque simple (pero no completamente inverosímil) basado en modelos climáticos.

La primera noción que necesita aquí es la de forzamiento radiativo : esta es esencialmente la diferencia en la insolación (la energía que proviene del Sol en la parte superior de la atmósfera) y la energía que se irradia de regreso en la parte superior de la atmósfera. En equilibrio, debe ser cero: en la práctica, no es cero porque el sistema no está en equilibrio (hay clima, estaciones, etc.), pero a menos que el promedio a largo plazo sea cero, entonces el sistema se calentará o enfriará. a largo plazo ('largo plazo' aquí significa décadas: cualquier cosa menos de una década es probable que se vea inundada por el caos que llamamos 'clima').

Todo se mide en vatios por metro cuadrado: el forzamiento radiativo es, de hecho, el flujo de energía por unidad de área en TOA, promediado sobre la superficie del planeta para nuestros propósitos (obviamente, un modelo climático querría no hacer ese promedio sino promediar sobre cualquier cuadrícula el tamaño del modelo es).

Un componente del forzamiento radiativo, y el único que nos va a importar, es el forzamiento solar, que es la radiación entrante del Sol con la radiación inmediatamente reflejada restada de ella. llamaré a esto$F_S$. Hay una fórmula simple para esto:

dónde$S$es la constante solar, que es el flujo que cruza la órbita de la Tierra ($S$es lo que vamos a modificar), y$A$es albedo (no sé cuál es el símbolo habitual para esto). el factor de$4$se debe a que la Tierra es una esfera: la mitad no recibe luz solar en absoluto, y el promedio sobre el hemisferio iluminado es solo la mitad de la energía entrante (esto es fácil de calcular). para la tierra$A \approx 0.3$, por lo que obtenemos

Así que ese es el forzamiento solar.

Lo siguiente que hay que saber es la sensibilidad climática : así es como la temperatura de la superficie (que es lo que nos importa) depende de los cambios en el forzamiento. Debido a que todos los cambios son bastante pequeños, resulta suficiente expresar esto como una relación lineal: obviamente hay términos de orden superior pero no importan. Siempre encuentro esto un poco sorprendente, pero en realidad está perfectamente justificado. Entonces podemos escribir una ecuación como

Dónde$\Delta T$es el cambio de temperatura y$\Delta F$es el cambio en el forzamiento.

Ahora tendrá que creer en mi palabra de que un valor de$\lambda$acerca de$0.8$es razonable: este es un valor que da$3$grados de calentamiento para duplicar el dióxido de carbono atmosférico, que es algo razonable. Sin embargo, la sensibilidad climática es algo que no conocemos por completo.

De nuevo, supongamos un grado y medio de calentamiento sobre el clima preindustrial. y obtenemos

Y ahora supondremos que todo esto proviene del cambio de órbita de la Tierra: nada más cambia. Esta suposición debería llenarlo de miedo, pero todo lo que buscamos es una cifra aproximada, recuerde. Entonces lo que tenemos es

Así que ahora podemos replicar algunas de las cosas que hicimos para el modelo de cuerpo negro:

Y sabemos que$S_0 = 1370\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$, y$R_0 = 1.5\times 10^{11}$(Estoy usando$0$es suficiente para 'inicialmente', y tenga en cuenta que esto$\alpha$no es lo mismo que el$\alpha$en el apartado anterior, lo siento). Entonces podemos calcular$\alpha$:

Y ahora sabemos que$S = F_S\times 4/0.7$, entonces

Y finalmente podemos calcular$R_w$:

Lo que da una diferencia de aproximadamente$1\times 10^{9}\,\mathrm{m}$-- aproximadamente la mitad de lo que dio el enfoque de cuerpo negro, pero claramente comparable con él -- correspondiente a una diferencia en el año de unos pocos días.

Entonces, nuevamente, este no es un mecanismo plausible.

notas

He sido muy descuidado con las cifras significativas y ocasionalmente con las unidades (omitiendo algunas inconvenientemente complicadas). Lo siento. ¡Por supuesto, agradecería las correcciones!

Todos los números se extrajeron de Wikipedia o de algún otro motor de búsqueda: creo que son razonables, pero puede que no lo sean del todo.

El enfoque de modelado climático contiene dos omisiones enormes que harán que las personas que modelan el clima (divulgación completa: trabajo en un lugar que hace modelos climáticos) se vuelvan blancas.

• Sensibilidad climática, mi$\lambda$, es un número que simplemente no conocemos muy bien, y es terriblemente importante ya que marca la diferencia entre todos-vamos-a-morir y solo-los-pobres-morirán. Creo que el número que he elegido no genera controversia (excepto entre las personas a las que se les paga para decir lo contrario).
• Simplemente supuse que el cambio en el forzamiento radiativo se debía al Sol. Si eso fuera cierto, entonces todos podríamos irnos a casa, porque sabemos en la práctica (ya que lo medimos) que$S$es bastante estable, ya que la Tierra, de hecho, no está girando en espiral hacia el Sol (a pesar de The Clash). De hecho, calculando el forzamiento,$F$es enormemente complicado, y es más o menos lo que hacen los modelos climáticos, más o menos bien. Como ejemplo, si$F_S$si subiera, terminaría con más vapor de agua en la atmósfera (a medida que se calienta), y esto cambia el albedo (ya que parte de él serán nubes) y también es un poderoso gas de efecto invernadero por derecho propio. Entonces, inmediatamente se ve envuelto en un problema de dinámica de fluidos enormemente no lineal. Y este es solo un mecanismo que al menos entendemos en principio. Es por eso que el modelado climático no es simple y es importante.

Es invierno en el hemisferio norte y estamos en nuestro punto más cercano al sol. ¿Más cerca? Sí, lo leiste bien. más cercano. Para los norteños, el solsticio de invierno acaba de pasar. Pero la verdad es que el 3 de enero de 2007, la Tierra alcanza el perihelio, su punto más cercano al Sol en su órbita anual alrededor de nuestra estrella.

La Tierra alcanza el perihelio el 3 de enero de 2007 (Figura C). La distancia Tierra-Sol será de 147.093.602 km. El afelio, la mayor distancia al Sol, se produce el 7 de julio de 2007, cuando la distancia Tierra-Sol será de 152.097.053 km.

Entonces de esto es evidente que no es la distancia la que controla la temperatura promedio en los hemisferios, ciertamente el cambio invierno/verano es mucho mayor que el minúsculo con respecto al calentamiento global observado.

Por eso no se ha desarrollado ningún modelo sobre las líneas "la tierra puede estar acercándose al sol". Es obvio que las temperaturas observadas tienen que ver con muchos otros factores que afectan la atmósfera y la superficie, como el albedo, etc., y no solo con la distancia al sol. La respuesta de tfb muestra aproximadamente que nuestros calendarios habrían cambiado si tal cosa hubiera ocurrido.

Echa un vistazo a este sitio para ver qué está causando las estaciones.

Si nuestro planeta se saliera de órbita, estaríamos fritos o congelados. No hay forma posible sin que todos muramos para explicar el calentamiento global. por cada milla que avanza nuestro planeta, avanza 1/9 de pulgada hacia el sol, y si avanzáramos 1/8 de pulgada, estaríamos fritos. si fuéramos 1/10 de pulgada, nos congelaríamos.