¿Cómo ha cambiado la órbita de la Tierra durante cientos de millones o miles de millones de años?

Lo que gobierna el período orbital de la Tierra es su momento angular orbital y la masa del Sol. Dos eventos ciertamente han cambiado el período orbital de la Tierra (a) la colisión que formó la Luna y (b) el proceso continuo de pérdida de masa del Sol. Una tercera posibilidad (c) es que los pares de marea del Sol hayan aumentado el momento angular de la Tierra.

Dado que (a) probablemente sucedió en algún momento de las primeras decenas de millones de años y probablemente no alteró mucho el momento angular de la Tierra, depende de la velocidad, la masa y la dirección del impactador y la cantidad de masa perdida de la Tierra-Luna. sistema - Lo ignoraré.

(b). Parece, a partir de las observaciones de los análogos solares más jóvenes, que la pérdida de masa del Sol primitivo fue mucho mayor que la modesta tasa a la que pierde masa ahora a través del viento solar. Una revisión de Guedel (2007) sugiere una tasa de pérdida de masa durante los últimos 4.500 millones de años que aumenta a medida que$t^{-2.3}$(con considerable incertidumbre en el índice de la ley de potencia), donde$t$es tiempo desde el nacimiento, y sugiere una masa solar inicial entre un 1% y un 7% mayor que la actual.

La conservación del momento angular y la tercera ley de Kepler significa que$a \propto M^{-1}$y$P \propto M^{-2}$. Por lo tanto, el período orbital de la Tierra fue un 2-14% más corto en el pasado debido a la pérdida de masa solar, pero ha estado cerca de su valor actual durante los últimos 2-3 mil millones de años.

Si la dependencia del tiempo de la ley de la energía eólica solar es muy pronunciada, entonces la mayor parte de la pérdida de masa ocurrió temprano, pero la pérdida de masa total habría sido mayor. Por otro lado, una pérdida de masa total menor implica una pérdida de masa menor y que la Tierra pase más tiempo en una órbita más pequeña.

(c) El par de marea ejercido por el Sol en la órbita Tierra-Sol aumenta la separación orbital, porque el período de rotación del Sol es más corto que el período orbital de la Tierra. El "bulto" de marea del Sol inducido por la Tierra aplica un par que aumenta el momento angular orbital, muy parecido al efecto de la Tierra sobre la Luna.

Cuantificar esto es difícil. El par de marea en un planeta desde el Sol es

Estas notas de clase sugieren valores de$k_E/Q\sim 0.1$para la Tierra y por lo tanto un par de marea de$4\times 10^{16}$Nuevo Méjico. Dado que el momento angular orbital de la Tierra es$\sim 3\times 10^{40}$kilogramo$^2$s$^{-1}$, entonces la escala de tiempo para cambiar el momento angular de la Tierra (y por lo tanto$a$y$P$) es$>10^{16}$años y por lo tanto este efecto es insignificante .

La excentricidad orbital de la Tierra varía con el tiempo desde ser casi circular (excentricidad baja de 0,0034) y levemente elíptica (excentricidad alta de 0,058). La Tierra tarda aproximadamente 100.000 años en realizar un ciclo completo. En períodos de alta excentricidad, la exposición a la radiación en la Tierra puede fluctuar de manera más salvaje entre los períodos de perihelio y afelio. Esas fluctuaciones también son mucho más suaves en tiempos de baja excentricidad. Actualmente, la excentricidad orbital de la Tierra es de aproximadamente 0,0167, lo que significa que su órbita está más cerca de ser circular.

Desde el intenso bombardeo tardío, la órbita de la Tierra no podría haber cambiado mucho. Después de todo, la vida ha estado aquí desde entonces. La mayoría de los científicos piensan que la respuesta a la paradoja del débil sol joven es una atmósfera de CO2 más espesa y no que la Tierra esté más cerca. En la historia anterior del sistema solar, la Tierra pudo haber sido "pastoreada" por Júpiter cuando migró más cerca.