¿Qué tan cerca tendría que estar el sol de la Tierra para que hubiera graves consecuencias?

Voy a usar Gm (1 gigametro =$1\times10^9$m) y grados Celsius para esta respuesta.

Al acercarse al Sol, probablemente el mayor problema sería el aumento de la temperatura.

Hace un tiempo escribí un programa que calcula la temperatura superficial efectiva de un planeta . Habiéndolo desenterrado, he jugado un poco con los valores. Es importante tener en cuenta que la temperatura efectiva no es la misma que la temperatura real de la superficie, ya que no tiene en cuenta la atmósfera de la Tierra. Si la Tierra no tuviera atmósfera, sería la temperatura real correcta.

A nuestra distancia actual de (promedio) 149,6 Gm, la temperatura efectiva es de 257 K o -16 °C (algunos sitios web citan otros valores de ±2 °C). La NASA cita una temperatura promedio real de 15°C. Suponiendo una relación lineal entre la temperatura efectiva y la temperatura real, podemos suponer que$T_{actual} = T_{eff}+31 \pm 2$.

Entonces, ¿qué pasaría si nos moviéramos, digamos, 10Gm más cerca?

Bueno, la temperatura efectiva de la superficie ahora es de -7 °C, y supongo que la temperatura real sería de unos 24 °C. Esto es un aumento de 9°C. Probablemente todavía podríamos sobrevivir, pero con dificultades. Para empezar, el nivel del mar subiría más de 40 m, lo que llevaría al mundo a verse (en el mejor de los casos) así . No es una situación fácil, pero sin embargo se puede sobrevivir. Por supuesto, habría otros efectos como un aumento en el clima extremo, la extinción masiva de especies y probablemente un montón de cosas que son difíciles de prever, pero no voy a tratar de predecirlas.

Entonces, ¿qué tal un movimiento hacia el Sol de 20Gm?

La temperatura efectiva ahora es de ~3 °C y la temperatura de la superficie es de aproximadamente 34 °C. Las cosas empiezan a ponerse mal ahora. Todos los casquetes polares se han derretido . Las áreas que alguna vez fueron fértiles ahora son desiertos estériles. Sobrevivir es difícil, pero posible, aunque la hambruna es ahora un problema importante en gran parte del mundo (especialmente alrededor del ecuador). Es posible que la Corriente del Golfo se haya detenido, por extraño que parezca, enfriando parte de Europa occidental y toda Gran Bretaña. No se ve bien.

¿Qué pasa con 50Gm?

La temperatura efectiva es de 42°C; el actual es de alrededor de 73°C. Se discute dónde comienza y termina la zona habitable del Sol, pero ahora, a 0,65 UA de distancia del Sol, es muy probable que no estemos en ella. Es muy difícil predecir lo que sucederá ahora. Los humanos probablemente tendrían que permanecer bajo tierra para seguir vivos, y la comida sería un problema importante. El ecosistema estaría prácticamente destruido, al no haber tenido la oportunidad de adaptarse a la nueva temperatura.

Por diversión, si nos acercáramos 100Gm, estaríamos a unos 205°C. Ay. Estamos más cerca que Mercurio ahora, y mira cómo se las arregla ese planeta. El mercurio oscila entre -173 °C y 427 °C dependiendo de varios factores. La supervivencia sin soporte vital masivo no es posible.

Más cerca, y las cosas empeoran.

¡Espero que esta sea una respuesta adecuada para su pregunta!

La Tierra pasa dentro de 91,4 millones de millas por un breve tiempo, luego se aleja más y 6 meses más tarde es 94,5. Ese 3,4 % y cambio más cercano equivale a un 7 % más de energía solar, pero eso es solo para los puntos más cercanos y más lejanos. Durante el mes más cercano y el más lejano, la variación es menor y (quizás obviamente), se promedia durante todo el año.

Hay dos formas de abordar esta pregunta: qué tan excéntrica puede ser la órbita de la Tierra, lo que haría que el perihelio se acercara y el afelio se alejara más , o, la segunda forma, cuánto más cerca se puede hacer el semieje mayor, que define el período orbital .

La excentricidad actual de la Tierra es 0,017 y está disminuyendo (artículo de Wikipedia anterior). Para una aproximación simple y órbitas de baja excentricidad, la excentricidad 0,017 se traduce en (duplicarla) una variación de 0,034 (o 3,4 %) de perihelio a afelio, lo que equivale a (1,034 ^ 2), aproximadamente una variación del 7 % en la energía solar.

Excentricidad máxima de la Tierra de 0,0679 ( esta vez haré los cálculos ), punto más cercano (1-0,0679) = 0,9321 y más lejano (1+0,0679) = 1,0679. La relación 1,0679/0,9321 = alrededor del 14,5 %, lo que se traduce en una variación del 31,3 % en la energía solar más cercana a la más lejana. Una variación de energía del 14,5 % y el 31 % puede parecer mucho, pero tenga en cuenta que la variación de la energía solar de invierno/verano en latitudes alejadas del ecuador puede superar considerablemente el 100 %. Entonces, el 31% no es el fin del mundo, de hecho, la Tierra maneja ese 31% de días sin demasiados problemas, aunque pueden desencadenar o terminar con las glaciaciones dependiendo de cómo se alinee con otros ciclos de Milankovich. También debemos recordar que es un 31 % de lo más caliente a lo más frío, es aproximadamente un 14,5 % de lo más caliente a la media y, de nuevo, solo por un día, ese número comienza a disminuir.

El cambio de tamaño del 14,5% tampoco es tanto como parece, se trata de la variación entre la luna llena o superluna más grande y la más pequeña (microluna) , aunque la variación promedio de la luna llena es entre perigeo y apogeo 11% y 12% de diámetro . ¿Con qué frecuencia miras una luna llena y dices "eso es más grande que la luna llena de hace 4 meses". Eso no quiere decir que nadie se dé cuenta, pero muchos de nosotros no reconoceríamos una superluna sin que nos digan cuándo buscarla, aunque es bastante obvio si pudiéramos verlas de lado a lado.

Entonces, ¿qué efecto tiene la excentricidad periódica de 0,0679 de la Tierra? Aparte de desencadenar o tal vez poner fin a una edad de hielo, no tanto... Podrías empujar la excentricidad de la Tierra bastante lejos sin mucho peligro para la Tierra, aunque pasado cierto punto, chocar contra Venus podría convertirse en una preocupación.

Divirtámonos un poco y aumentemos la excentricidad de la Tierra hasta 0,15 (que es aproximadamente la mitad del camino entre la excentricidad de Marte y Mercurio).

Perihelio 0,85% del semieje mayor, Afelio 1,15%. En el perihelio la intensidad solar sería (1/.85)^2 = 38% más fuerte de lo normal. Eso podría causar un calor abrasador en algunos lugares donde el Perihelio se alinea con el verano, y es posible que tenga un clima muy frío cuando el Afelio se alinea con el invierno (tenga en cuenta que esto no siempre sucede, el perihelio gira lentamente alrededor del calendario cada 26,000 años más o menos). Pero cuando se alinee, es posible que vea algunos extremos de clima estacional, pero la Tierra podría (creo) sobrevivir incluso a una excentricidad de 0,15. Las vistas de Venus en Perihelio también serían impresionantes, Venus permanecería en el cielo más tiempo y sería más grande y brillante.

Empuje la excentricidad de la Tierra a aproximadamente 0,26 y la Tierra y Venus se acercarían de manera incómoda / aterradora y podrían chocar entre sí. Es divertido pensar en ello, pero es un potencial asesino de planetas.

Pero además de crear una variación potencialmente mayor en las estaciones, un clima muy salvaje y quizás desencadenar una edad de hielo (quizás la edad de hielo más grande desde la bola de nieve de la Tierra) o acelerar el cambio climático (todo depende de cómo se alineen los 3 ciclos de Milankovich con cada uno). otro), podría empujar la órbita de la Tierra sorprendentemente cerca del Sol, a medio camino de Venus o incluso más cerca en el perihelio, sin terminar con la vida en el planeta.

Ahora, si ajusta el semieje mayor de la Tierra, lo que hace que la órbita sea más rápida o más lenta, y cambia la duración del año, con eso, hay mucha menos variación. @JThistle cubrió esto. Si empuja el semieje mayor de la Tierra solo unos pocos puntos porcentuales más cerca del sol, la Tierra se calentaría y se deterioraría rápidamente. De hecho, creo que sus estimaciones son conservadoras. Ya hay algunas estimaciones bastante buenas sobre esto, simplemente busque en Google "cómo será la Tierra en 500 millones de años o mil millones de años" para obtener algunos artículos. Aquí hay uno. El sol se está volviendo lentamente más grande y más luminoso, aproximadamente un 1% cada 100 millones de años. Ese será un problema importante tan pronto como dentro de 500 a 600 millones de años, tal vez menos. Del mismo modo, solo un empujón de 2.5% a 3% más cerca del sol tendría un efecto similar. No se puede reducir mucho el semieje mayor de la Tierra sin causar serios problemas. Solo el 1% podría ser suficiente para derretir Groenlandia con el tiempo, elevar el nivel del mar y prevenir futuras glaciaciones.

De manera similar, si empuja a la Tierra solo un 1-2% más lejos, la Tierra podría entrar en edades de hielo permanentes (afortunadamente podemos arreglar eso quemando petróleo y carbón), pero sin los gases de efecto invernadero creados por el hombre, solo un 1%-2% más lejos podría desencadenar tal vez una edad de hielo permanente durante los próximos millones de años y, tal vez, niveles de CO2 peligrosamente bajos, al menos hasta que la Antártida se desplace hacia el norte lo suficiente como para que su hielo se derrita. Sin embargo, sería bueno que nos digan que quememos petróleo por el "bien del planeta". :-)

Todo esto es muy normal, pero la Tierra está, sorprendentemente, a una distancia muy buena del sol y solo un pequeño % de una forma u otra podría ser muy malo, aunque en 15-25 millones de años, cuando la Antártida esté rozando el Sur. América y ya no está cubierta de hielo, cuando eso suceda, la Tierra tendrá un mayor margen de maniobra alejándose del sol, pero no más cerca del sol.

Las respuestas matemáticas precisas a esta pregunta son obviamente imposibles. Solo estoy dando aproximaciones.

Sin ningún cambio significativo en la distancia orbital, ha habido una variedad de trópicos o glaciaciones a largo plazo (millones de años), y las transiciones de una a otra llevaron a muchas extinciones.
Del mismo modo, una gran erupción solar agradable podría causar estragos independientemente de los cambios en la distancia orbital.

No estoy discutiendo con las otras respuestas; solo señalo que la escala de tiempo es importante.