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85_avatar_small 楼主: 西西734

地球是不是正在逐渐远离太阳?

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online_member 发表于 2023-2-8 11:07:55 | 显示全部楼层
平均而言,地球是在逐渐远离太阳。这不能推导出数十亿年后地球处在安全的位置。
目前,地球绕太阳运转的平均轨道半径在缓慢增大,近年来每年增加约 15 毫米

  • 2008 年,Lorenzo Iorio 对此给出每年约 3 毫米的估计。
  • 2019 年,Ethan Siegel 对此给出每年约 15 毫米的估计。
  • 2022 年,Brian DiGiorgio 对此给出每年约 6 厘米的估计。
目前,地球公转轨道长期变动趋势的主要影响因素是太阳的质量流失。太阳在以聚变放出光与中微子、以太阳风等形式放出部分物质,太阳质量在徐徐减少。坠入太阳的小天体、尘埃等不足以抵消太阳质量的流失,估计近年来太阳每秒流失约 427 万到 470 万吨质量。

  • 过去 45 亿年间,太阳的质量可能流失了约 0.03%,接近整个土星的质量。
  • 地球公转轨道长期变动趋势的次要影响因素中相对明显的是潮汐作用,效果在每年数微米的程度。
  • 太阳风和稀薄的星际物质对地球施加轻微的力,让地球极其缓慢地损失角动量。广义相对论导致的额外曲率让地球有细微的额外进动。地球通过引力波极其缓慢地损失能量。诸如此类。这些效应加起来造成的影响可能不到微米级。
  • 宇宙当前的膨胀不会影响地球到太阳的距离。
由于太阳在今后数十亿年里光度总体上不断增强(每 1.1 亿年增强约 1%),地球远离太阳对地球生物圈的存续来说是好事。不过,不考虑人类可能造成的影响的话,估计地球远离太阳的速度跟太阳变亮的速度比起来不够快,数亿年到十几亿后地表大部分生命形式会因条件不再适合光合作用而毁灭。
太阳内部存在大规模的对流结构,无法彻底利用其核燃料,在红巨星阶段末期会将包含大量氢的外层抛离为行星状星云,中心成为白矮星,预计那将发生在距今 76 亿年到 100 亿年之后。
根据计算,红巨星阶段太阳质量会比现在小约 30%,地球届时的轨道可能不会掉进太阳,也可能因潮汐影响而衰减并掉进太阳。

  • 若不考虑潮汐的影响,在太阳半径膨胀到 1 天文单位的时候地球轨道半径约为 1.7 天文单位;
  • 但是,2008 年进行的计算机模拟[1]显示,地球轨道届时会因为潮汐效应的拖曳而逐渐衰减,使其仍有大概率落入太阳。
  • 如果人类能存续到那时候,那么这种事大抵对人类已经掌握的力量来说根本不成问题。
白矮星太阳会剩下现在质量的 54.05% 左右。地球不会因太阳质量流失的影响而飞出太阳系。
可以参照:
Schrder, K.-P.; Connon Smith, R. (2008). "Distant future of the Sun and Earth revisited".Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.386(1): 155–163.arXiv:0801.4031.Bibcode:2008MNRAS.386..155S.
doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x.

顺便说,目前,月球绕地球运转的轨道半径在缓慢增大。如果没有其他外力将地球或月球提前破坏或拆散,预计在距今 500 亿年后地月之间达到最大距离,然后月球会转为徐徐靠近地球。
可以参照:
Solar system dynamics
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