e=0. ¿Qué significa eso para las estaciones?

La excentricidad importa poco (al menos para la Tierra).

La excentricidad de la Tierra (e~0,0167086) significa que el planeta orbita en una trayectoria elipsoidal que está a 147,1 millones de kilómetros del sol en su punto más cercano y a 152,1 millones de kilómetros en su punto más lejano (el máximo es un 3,4 % más grande que el mínimo). La salida de energía del sol (como un radiador de cuerpo negro) es proporcional a la temperatura del sol de aproximadamente$5800K-6000K$en la superficie, lo que da como resultado una potencia de salida de aproximadamente$4.0×10^{26}\ W$. Si queremos saber cuánta energía solar llega a la Tierra, normalmente nos fijamos en los vatios por metro cuadrado que recibe la Tierra. A cierta distancia$r$del sol, la potencia por superficie es proporcional a:

Además, si el verano fuera causado por estar más cerca del Sol, entonces todos los continentes deberían experimentar el verano al mismo tiempo. Sin embargo, el hemisferio norte experimenta el invierno en diciembre, mientras que el hemisferio sur tiene el verano en diciembre. ¿Entonces qué está pasando?

La oblicuidad importa mucho.

La Tierra está inclinada sobre su eje por$23.5^{\circ}$. El eje apunta hacia Polaris (la estrella polar) durante todo el año, lo que significa que durante una parte de nuestra órbita el hemisferio norte estará un poco más inclinado hacia el Sol, y durante la otra mitad del año el hemisferio sur estará más inclinado. hacia el sol. Sin embargo, ya sabemos que los cambios de distancia no cambian la$W/m^{2}$recibido por mucho cuando observamos los cambios de órbita, y la inclinación orbital solo cambiará las distancias en una cantidad mucho menor que la excentricidad, entonces, ¿qué está pasando?

La luz solar directa es la clave. La luz del sol rebota en la atmósfera de la Tierra de manera muy similar a cómo rebota en la superficie de un lago o un océano. Si mira directamente hacia el agua, muy poca luz se refleja en la superficie y puede ver el agua. Pero si miras a través del agua, se refleja una gran cantidad de luz solar y en su mayoría ves reflejos en lugar de ver dentro del agua. Esto es exactamente lo que le sucede a la luz del sol que golpea la atmósfera de la Tierra. En diciembre, la inclinación de la Tierra coloca al hemisferio sur en la luz solar más directa y se refleja muy poco en la atmósfera (al igual que se refleja muy poco en la superficie de un lago cuando miramos directamente hacia abajo). Sin embargo, el hemisferio norte está inclinado, lo que significa que el ángulo de la luz solar en relación con la superficie de la atmósfera es mucho menos directo.

qué significa todo eso?

Significa que los viajeros espaciales ficticios o los constructores de mundos tendrán que tener cuidado al elegir (o diseñar) sus nuevos hogares similares a la Tierra.

•    Un planeta sin inclinación ni excentricidad no tendrá estaciones (salvo otros factores). Dicho planeta será más cálido en el ecuador, donde la luz solar es más directa, y se enfriará cada vez más a medida que aumente la latitud (a medida que se refleje más luz solar en ángulos menos directos).
     Si el sol del planeta ofrece una similar$W/m^{2}$como la Tierra, entonces el ecuador será absolutamente sofocante (incluso en comparación con la Tierra). El Ártico será más frío y nunca tendrá una estación cálida, por lo que el permafrost se extenderá a latitudes más bajas que las que tenemos en la Tierra. Esto significa que la cantidad de tierra con condiciones de vida confortables se centrará principalmente en las bandas de latitudes medias. (Suponiendo que la variedad de masas terrestres/océanos sea similar a la Tierra y no una obra maestra perfectamente diseñada que extienda las zonas habitables por las corrientes oceánicas, etc.) Siguiendo una lógica similar, una baja$W/m^{2}$planeta empujaría las zonas habitables más cerca del ecuador, y un alto-$W/m^{2}$planeta empujaría las zonas habitables más cerca de los polos.

•    Un planeta sin inclinación y alta excentricidad podría tener estaciones basadas en orbitales.$W/m^{2}$fluctuaciones, pero las órbitas tendrían que ser bastante excéntricas para crear grandes diferencias de temperatura ya que la$W/m^{2}$cambios proporcionales a$(r_{max}/r_{min})^2$.
     También es notable que los ciclos de invierno/verano no serían muy simétricos en este tipo de situación. Las órbitas muy excéntricas darían lugar a veranos muy cortos y calurosos e inviernos largos y fríos.

•    Un planeta con una inclinación similar a la de la Tierra y sin excentricidad sería muy parecido a la Tierra.

•    Un planeta con una inclinación similar a la de la Tierra y una mayor excentricidad podría parecerse mucho a la Tierra, dependiendo de hacia dónde apunte la inclinación. (En otras palabras, inclinar hacia adentro en el radio mínimo podría hacer que los veranos fueran realmente calurosos y los largos y fríos inviernos más fríos para un hemisferio, pero inclinar hacia adentro durante el otoño/primavera sería bastante bueno).

•    Cualquier contratista de construcción de mundos puede hacer que sus mundos tengan estaciones adaptando la inclinación como mejor le parezca. Además, ¿por qué diseñar mundos esféricos cuando una forma de cilindro inclinará a todos en el mismo ángulo en el mismo ángulo al mismo tiempo (no más diferencias estacionales del hemisferio sur/norte)?

En el hemisferio norte, los inviernos serían un poco más fríos y los veranos un poco más calurosos. En el hemisferio sur, sería al revés. No sería un gran efecto, como se puede ver por el hecho de que las estaciones funcionan más o menos igual en los hemisferios norte y sur en la actualidad, a pesar de que la Tierra está más cerca del sol en el invierno del norte y el verano del sur.

Suposiciones:

• Cuando eliminamos la excentricidad nos movemos a una órbita con radio de 1 AU .
• El afelio actual (distancia máxima) y el perihelio (distancia mínima) son constantes (aunque de hecho pueden variar ). Hago esta suposición porque la tasa de cambio es del orden de miles de años .
• Los tiempos de las estaciones dependen únicamente de la inclinación de la Tierra sobre su eje.

Cifras orbitales de la Tierra :

$r_{av}=149.60\times 10^{9}m$

$r_{pe}=147.09\times 10^{9}m$

$r_{ap}=152.10\times 10^{9}m$

Diferencia en la energía que nos llega:

Usando la relación que$E \propto \frac{1}{r^{2}}$podemos comparar el cambio de energía en estos diferentes puntos.

Esto nos da una idea de la diferencia de temperatura entre las órbitas circular y elíptica. El núcleo de la tierra proporciona parte de nuestro calor, por lo que esta no es una relación directa, debemos agregar una constante para la temperatura sin sol de la Tierra.

Sin embargo, recopilar esta temperatura sin sol es bastante difícil e implicaría muchas suposiciones. Tenemos que la energía que proporciona la Tierra es$47TW$, sin embargo, esta transferencia de calor a la superficie no se traduce fácilmente en una temperatura.

Resumen:

• El hemisferio norte tiene veranos más calurosos (aumento de$\approx 1.0337$veces la cantidad de radiación actual) e inviernos más fríos (disminución de$\approx 0.9667$veces la cantidad de radiación).
• El hemisferio sur tiene veranos más fríos (disminución de$\approx 0.9667$veces la cantidad de radiación actual) e inviernos más cálidos (aumento de$\approx 1.0337$veces la cantidad de radiación).

Una respuesta explícita a esta pregunta tendría que tener en cuenta y modelar las diferencias en la cobertura de nubes y los cambios en el ciclo del agua en general.