45 votos

¿Qué sucedería si.

Esta pregunta está inspirado en uno similar preguntó en Quora. Digamos que un asistente magicked Júpiter en el Sol, con o sin alta velocidad. Lo que sucede?

El Quora pregunta tiene dos completamente opuesto respuestas: uno diciendo: "nada sucede" y la otra diciendo: "el Sol sale por varios cientos de años". Ambas respuestas dar las razones y los cálculos, y sé lo suficiente acerca de la física a encontrar dos de ellos plausible. Sin embargo ... es claramente imposible que ambas respuestas son correctas. Que uno (o ambos?) es incorrecto? ¿Por qué es incorrecto?

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Rob Jeffries Puntos 26630

Tanto el quora respuestas son incorrectas. La idea de que "no pasa nada" es incorrecta por razones que explican en gran detalle a continuación. La idea de que de alguna manera Júpiter se propaga a través de la superficie del Sol o directamente influye en la luminosidad del Sol haciendo lo que está mal en muchos niveles, como se ha señalado por Víctor Toth en el quora página y por Rob y Chris como las respuestas aquí.

En su lugar pongo un par de escenarios, donde la gran cantidad de acrecentada de energía y/o momento angular, ciertamente, no tiene un efecto sobre el Sol y/o la radiación que la Tierra recibe del Sol.

Escenario 1: El escenario donde Júpiter simplemente se deja en el Sol desde su posición actual sería sin duda tienen efectos a corto plazo. Pero a corto plazo se entiende aquí en comparación con el tiempo de vida del Sol, no cientos de años.

La energía cinética de Júpiter en la superficie del Sol sería de orden $GM_{\odot}M_\mathrm{Jup}/R_{\odot} \sim 4\times 10^{38}$ julios.

La luminosidad solar es $3.83 \times 10^{26}\ \mathrm{J/s}$.

La adición de esta cantidad de energía (si está permitido thermalise) podría potencialmente afectar la luminosidad del Sol para escalas de tiempo de decenas de miles de años. Los efectos exactos dependerán de la energía que se deposita. En comparación con la energía de enlace de la estrella, la energía adicional es insignificante, pero si la energía es disipada en la zona de convección, a continuación, la energía cinética que hacer el trabajo y la elevación de la convección de la envolvente del Sol. En otras palabras, el Sol sería a la vez el aumento en la luminosidad y en la radio. Si los efectos se limita sólo a la convección sobre, entonces este tiene una masa de alrededor de $0.02 M_{\odot}$, por lo que podría ser "levantado" por $\sim 4\times 10^{38} R_{\odot}^2/GM_{\odot}M_{\rm conv} \sim 0.05 R_{\odot}$.

Así, en este escenario, el Sol se expanda y se convierta en más luminoso. La escala de tiempo relevante es el de Kelvin-Helmholtz escala de tiempo de la convección de la envoltura, que es de orden $GM_{\odot}M_{\rm conv}/R_{\odot} L_{\odot} \sim $par $10^5$ años.

Si el planeta de alguna manera sobrevivió y puñetazos en su camino hacia el centro del Sol, con mucha menos energía de la que se depositan en la zona de convección y los efectos que podría ser disminuido.

En escalas de tiempo mayores que el Sol se iría de vuelta a la secuencia principal, con un radio de luminosidad y sólo un poco más grande de lo que era antes.

Todo esto supone que Júpiter puede permanecer intacto a medida que cae. Ciertamente no se "evaporan" en directo, en infall escenario, pero sería conseguir marealmente rallado antes de que pueda desaparecer debajo de la superficie? El límite de Roche es de orden $R_{\odot} (\rho_{\odot}/\rho_{\rm Jup})^{1/3}$. Pero el promedio de las densidades del Sol y Júpiter son casi idénticos. Por lo que parece probable que Júpiter estaría empezando a ser marealmente desgarrada, pero a medida que se viaja hacia el Sol en unos pocos cientos de km/s en este punto, de las mareas de ruptura no podría ser logrado antes había desaparecido debajo de la superficie.

Así que mi conclusión es que el abandono de Júpiter al Sol en este escenario sería como dejar caer una carga de profundidad, con un rezago de orden $10^{5}$ años antes de que los efectos se hicieron evidentes.

Escenario 2: Júpiter llega al límite de Roche (justo por encima de la superficie solar) tener misteriosamente perdió una gran cantidad de momento angular. En este caso, los efectos pueden ser experimentadas en humanos a los plazos de ejecución.

En este caso lo que sucede es que Júpiter será (rápidamente) rallado por la marea de campo, posiblemente dejando a un núcleo sustantivo. En un radio orbital de $2 R_{\odot}$, el periodo orbital será de aproximadamente 8 horas, la velocidad orbital alrededor de $300\ \mathrm{km/s}$ y el impulso angular orbital alrededor de $10^{42}\ \mathrm{kg\ m^2\ s^{-1}}$. Suponiendo la destrucción total, la mayor parte del material se forma un disco de acreción alrededor del Sol, ya que se debe perder parte de su momento angular antes de que pueda ser acrecentada.

Cuánto de la luz del Sol está bloqueada es incierto. Todo depende de cómo el material se distribuye en el disco, especialmente el disco de la escala de altura. Esto a su vez depende del equilibrio de la calefacción y de los mecanismos de enfriamiento y por lo tanto la temperatura del disco.

Algún tipo de estimación mínima podría ser asumir el disco es plano y la distribuye uniformemente entre la superficie solar y $2R_{\odot}$ y que se pone cerca de la solar photospheric temperatura en $\sim 5000\ \mathrm K$. En caso de que el área de disco es $3 \pi R_{\odot}^2$, con una densidad de área" de $\sigma \sim M_{\rm Jup}/3\pi R_{\odot}^2$.

En equilibrio hidrostático, la escala de la altura va a ser $\sim kT/g m_\mathrm H$ donde $g$ es el campo gravitatorio y $m_\mathrm H$ de la masa de un átomo de hidrógeno. La gravedad de un avión) se $g \sim 4\pi G \sigma$. Poniendo en $T \sim 5000\ \mathrm K$, se obtiene una altura de escala de $\sim 0.1 R_{\odot}$.

Dado que la Tierra es en el plano de la eclíptica y aquí es donde el disco va a ser, entonces, una gran fracción, $\gt 20\ \%$, de la luz solar que llega a la Tierra puede ser bloqueado. A ver si este es el caso, necesitamos trabajar en una óptica de la profundidad del material. Para una altura de escala de $0.1 R_{\odot}$ y una geometría plana, entonces la densidad del material es $\sim 3\ \mathrm{kg/m^3}$. Buscando a pesar de que esto corresponde a una columna de densidad de $\sim 10^{10}\ \mathrm{kg/m^2}$.

Para la comparación, el solar photospheric densidad es del orden de $10^{-12}\ \mathrm{kg/m^3}$, y es sólo la parte superior de $1000\ \mathrm{km}$ de la del Sol. Dado que la definición de la fotosfera es donde el material se vuelve ópticamente gruesa, se puede concluir que un marealmente rallado Júpiter es ópticamente gruesa a la radiación y, de hecho, la luz del sol que cae sobre la Tierra sería muy reducido significativamente , si es o no la cantidad de radiación que impactan a la Tierra es menor o mayor es un truco de transferencia radiativa problema, ya que si el disco se a $5000\ \mathrm K$ y ópticamente gruesa sería lanzando una gran cantidad de la radiación!

¿Cuánto tiempo el disco de acreción seguiría siendo, estoy seguro de cómo calcular. Depende de en los supuestos de la viscosidad y de la temperatura de la estructura y la cantidad de pérdida de masa a través de la evaporación y vientos. La acrecentada material tendrá irradia una gran fracción de su energía potencial gravitatoria, por lo que los efectos energéticos será mucho menos severo que el Escenario 1. Sin embargo, el Sol que se han conseguido $\sim 10^{42}\ \mathrm{kg\ m^2\ s^{-1}}$ del momento angular, que es comparable a su actual momento angular. La acreción de Júpiter, de esta manera es por lo tanto suficiente para aumentar el momento angular del Sol por una cantidad significativa. En el largo plazo esto va a tener un efecto drástico en la actividad magnética del Sol – se aumenta por un factor de un par de un orden de magnitud.

34voto

Stefan Puntos 11

Definitivamente, me gustaría que se inclinan hacia la "nada" pasando.

"Se va a negro durante 200 años" respuesta tiene un montón de supuestos, algunos de los cuales parecen infundadas a mí. En particular, se supone que Júpiter se distribuye uniformemente sobre la superficie del sol, y permanecerá en la parte superior, sin que se mezclen con la masa del sol.

En el otro extremo, si Júpiter no se propaga en todas, sí en la mayoría de borrar en torno a $.3\%$ de la luminosidad del sol (ya que es la fracción que cubriría). También mencionan que la masa podría hacer que el sol duran más, lo cual es sospechoso, ya que la masa adicional por lo general, reduce el tiempo de vida de estrellas de secuencia principal.

Dado que las manchas solares más grande que Júpiter formulario de vez en cuando, y rápidamente se mezclan de nuevo en el sol, parece probable Júpiter haría la misma cosa. Y si se mezclan a través de la convección de la capa, todo lo que haría es marginalmente a la disminución de la temperatura, y por lo tanto ligeramente tenue que el sol.

18voto

Eric Grunzke Puntos 158

La principal diferencia entre la "nada sucede" respuesta y los "siglos de oscuridad", la respuesta es que el primero de los estados, sin un cálculo explícito, que

después de Júpiter se rompe por fuerzas de marea, de su material en frío, se mezcla con los flujos convectivos muy rápidamente

mientras que el segundo hace algunos termodinámicas de los supuestos y estimaciones que esta "muy rápido" y la escala de tiempo es de unos pocos cientos de años de absorber el Sol toda la energía de salida, o un par de miles de años de la absorción de una gran parte de la energía del Sol salida.

Estos no son incompatibles el uno con el otro: el Sol del tiempo total de la secuencia principal, será de alrededor de diez mil millones de años, y una porción de unos pocos cientos o unos pocos miles de años no es nada comparado con eso. El Sol iba a estar bien.

Sin embargo, hay un profundo error en los "siglos de oscuridad" como respuesta. Se asume que, razonablemente, que Júpiter está hecho enteramente de hidrógeno; sin embargo, se asume una "temperatura media" para este hidrógeno de unos 100 grados kelvin. Que una estimación razonable de la temperatura promedio de Júpiter cloudtops. Pero dado que el núcleo de la Tierra la temperatura es de aproximadamente 6000 K, es absurdo suponer que Júpiter es frío todo el camino a través.

Una rápida búsqueda encuentra una estimación de Júpiter temperatura del núcleo de 24.000 kelvin, y una estimación de que casi todos los de Júpiter volumen es más caliente que la superficie del Sol, con una temperatura de 6000 K sólo un par de miles de kilómetros por debajo de la cloudtops.

Así que la suposición de que la difusión de Júpiter masa sobre la superficie del Sol a su vez, el Sol frío para cualquier longitud de tiempo es igual de erróneo; Júpiter, de la misa es en su mayoría ya caliente. Hay muchos posiblemente efectos interesantes que no estoy preparado para el modelo. (Por ejemplo, Rob Jeffries actualmente está escribiendo una cuidada respuesta acerca de un disco de acreción; siempre se puede contar cuando hayas encontrado un verdadero astrónomo porque responder a cada pregunta hablando acerca del momento angular.)

-1voto

alex9183 Puntos 75

Calcular la cantidad de calor generado, y comparando la capacidad de calor de Júpiter (incluso ignorando, como @rob dice que Júpiter la temperatura es más caliente que la superficie del sol) es una falacia de razonamiento. ¿Qué mecanismo podría causar la totalidad de la energía del sol la salida se dirige hacia el calentamiento hasta Júpiter? Supongo que si Júpiter se extendió completamente a través de la superficie del sol, que podría causar una capa de la masa que tendría que ser calentado antes de ver cualquier energía solar, pero que requieren de Júpiter, de alguna manera extendido lateralmente, pero no en forma radial. Si Júpiter se mezclan en todo el sol, la temperatura de el sol iba a disminuir ligeramente, y tal vez podría tomar un par de cientos de años para que el sol la temperatura para volver a su nivel anterior, y quizás tendríamos un par de puntos base menos radiación solar, pero no salir.

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