Jakie byłyby skutki na Ziemi, gdyby Jowisz został zamieniony w gwiazdę?

W książce Clarke'a z 2010 r. Monolit i jego bracia zamienili Jowisza w małą gwiazdę o pseudonimie Lucifer. Ignorując rzeczywistość, że w naszej przyszłości nie pojawią się żadne magiczne monolity, jaki byłby wpływ na Ziemię, gdyby Jowisz został zamieniony w gwiazdę?

Najbliżej i najdalej:

Jak jasna byłaby „tylna część” ziemi światłem Lucyfera?

Ile ciepła wytworzyłaby mała gwiazda na Ziemi?

Ile dni lub miesięcy rzeczywiście mielibyśmy noc, gdy krążyliśmy za słońcem?

O ile jaśniejsza byłaby strona Słońca, gdy Lucyfer i Słońce świecą po tej samej stronie planety?

Zanim zacznę, przyznam, że skrytykowałem to pytanie ze względu na jego nieprawdopodobieństwo; jednak przekonano mnie inaczej. Spróbuję wykonać obliczenia w oparciu o zupełnie inne formuły, niż sądzę, że zostały użyte; Mam nadzieję, że zostaniesz ze mną, jak to wypracuję.

Wyobraźmy sobie, że Lucyfer staje się gwiazdą głównej sekwencji - nazwijmy go czerwonym karłem o niskiej masie. Gwiazdy o sekwencji głównej podążają za relacją masy do jasności:

$$\frac{L}{L_\odot} = \left(\frac{M}{M_\odot}\right)^a$$

Gdzie i M to jasność i masa gwiazdy, a L ⊙ i M ⊙ oraz jasność i masa Słońca. Dla gwiazd z M < 0,43 M ⊙ , przyjmuje wartość 2,3. Teraz możemy podłączyć masę Jowisza ( 1,8986 × 10 27 kg) do formuły, a także masę Słońca ( 1,98855 × 10 30 kg) i jasność ( 3,846 × 10 26 watów), i otrzymujemy$L$$M$$L_\odot$$M_\odot$$M < 0.43M_\odot$$a$$1.8986 \times 10 ^{27}$$1.98855 \times 10 ^ {30}$$3.846 \times 10 ^ {26}$

$$\frac{L}{3.846 \times 10 ^ {26}} = \left(\frac{1.8986 \times 10 ^ {27}}{1.98855 \times 10 ^ {30}}\right)^{2.3}$$

Staje się

$$L = \left(\frac{1.8986 \times 10 ^ {27}}{1.98855 \times 10 ^ {30}}\right)^{2.3} \times 3.846 \times 10 ^ {26}$$

który następnie staje się

watów.

$$L = 4.35 \times 10 ^ {19}$$

Teraz możemy obliczyć jasność Lucyfera widzianą z Ziemi. Do tego potrzebujemy wzoru

$$m = m_\odot - 2.5 \log \left(\frac {L}{L_\odot}\left(\frac {d_\odot}{d}\right) ^ 2\right)$$

gdzie jest pozorną jasnością gwiazdy, m ⊙ jest pozorną jasnością Słońca, d ⊙ jest odległością do Słońca, a d jest odległością do gwiazdy. Teraz m = - 26,73 i d ( s ) wynosi 1 (w jednostkach astronomicznych). d zmienia się. Jowisz znajduje się około 5,2 AU od Słońca, więc w jego najbliższej odległości od Ziemi byłoby to około 4,2 AU. Podłączamy te liczby do wzoru i znajdujemy$m$$m_\odot$$d_\odot$$d$$m = -26.73$$d(s)$$d$

$$m = -6.25$$

który jest o wiele mniej jaśniejszy niż Słońce. Teraz, gdy Jowisz znajduje się najdalej od Słońca, wynosi ~ 6,2 AU. Podłączamy to do formuły i znajdujemy

$$m = -5.40$$

który jest jeszcze ciemniejszy - chociaż Jowisz byłby całkowicie zablokowany przez Słońce. Mimo to, aby znaleźć pozorną wielkość Jowisza w pewnej odległości od Ziemi, możemy zmienić powyższą formułę na

$$m = -26.73 - 2.5 \log \left(\frac {4.35 \times 10 ^ {19}}{3.846 \times 10 6 {26}}\left(\frac {1}{d}\right) ^ 2\right)$$

Dla porównania, Księżyc może mieć średnią pozorną jasność -12,74 w pełni księżyca - znacznie jaśniejszą niż Lucyfer. Pozorna wielkość obu ciał może się oczywiście zmieniać - na przykład Jowisz przez przepływy księżyca - ale są to wartości optymalne.

Chociaż powyższe obliczenia naprawdę nie odpowiadają większości części twojego pytania, mam nadzieję, że to trochę pomoże. I proszę, popraw mnie, jeśli gdzieś popełniłem błąd. LaTeX w żadnym wypadku nie jest moim językiem ojczystym i mogłem coś zrobić źle.

Mam nadzieję, że to pomoże.

Edytować

Łączna jasność Lucyfera i Słońca zależałaby od kąta promieni Słońca i promieni Lucyfera. Pamiętasz, jak mamy różne pory roku z powodu nachylenia osi Ziemi? Cóż, dodatkowe ciepło miałoby związek z nachyleniem osi Ziemi i Lucyfera względem siebie. Nie mogę podać wyniku liczbowego, ale mogę dodać, że mam nadzieję, że nie będzie o wiele cieplej niż teraz, kiedy to piszę!

Druga edycja

Jak powiedziałem w komentarzu gdzieś na tej stronie, stosunek masy do jasności naprawdę działa tylko w przypadku gwiazd o sekwencji głównej. Jeśli Lucyfer nie był w głównej sekwencji. . . Cóż, żadne z moich obliczeń nie byłoby prawidłowe.

Myślę, że to zabawne pytanie, jeśli niemożliwe. Jedynym sposobem na przekształcenie Jowisza w gwiazdę, która jest nawet na tyle praktyczna, jest dodanie jej masy. Ignorując brązowe karły, które mają bardzo ograniczoną moc wyjściową, aby uruchomić czerwonego karła, musisz dodać co najmniej 75-80 mas Jowisza. (nieco ponad 24 000 mas Ziemi). Chciałbyś dodać spory procent wodoru, ale niektóre skaliste śmieci nie zaszkodziłyby mieszance.

W każdym razie, zakładając, że niemożliwe jest zrobione, jest kilka rzeczy do rozważenia. Większa grawitacja (75-80 razy) znacząco zmieniłaby wszystkie orbity planet. Przewidywanie dokładnie, jak trudne, ale o wiele większa masa i orbity planet, z pewnością wszystkie wewnętrzne, zatrzęsłyby się znacznie bardziej, a niektóre mogłyby zostać całkowicie wyciągnięte z orbity, prawdopodobnie wyrzucone z Układu Słonecznego.

Można by pomyśleć, że najbardziej dotknięte zostaną planety bliżej Jowisza, ale tak naprawdę ma to więcej wspólnego z synchronizacją pływów niż z czymkolwiek innym. Każda z 4 wewnętrznych planet może zostać wciągnięta na nową orbitę. Prawdopodobnie zobaczysz, że orbita Ziemi wydłuża się w rezonansie z Jowiszem, być może zwiększając epokę lodowcową / cykl topnienia lodu. Dokładne odpowiedzi są trudne i żadna z tych rzeczy nie wydarzy się na 1 orbicie, ale z czasem z pewnością. Zmiany orbitalne na wszystkich planetach wewnętrznych i być może również na Saturnie byłyby nieuniknione, gdyby Jowisz stał się czerwonym karłem. Wyobraź sobie, że Saturn został przyciągnięty bliżej ziemi, na orbitę między Marsem a Jowiszem, czy Merkury został wyciągnięty za ziemię. Szanse na to, że nas nie uderzą, ale możemy chcieć mieć to na oku.

http://en.wikipedia.org/wiki/Stability_of_the_Solar_System#Mercury.E2.80.93Jupiter_1:1_resonance

Drugą rzeczą do rozważenia jest magnetyzm i rozbłyski słoneczne. Młode gwiazdy obracają się bardzo szybko ze względu na zachowanie momentu pędu, gdy gwiazdy się formują, a to wytwarza ogromne pola magnetyczne i ogromne rozbłyski słoneczne, znacznie większe niż otrzymujemy od Słońca. Dziwnie jest myśleć, że mały czerwony karzeł, 4 razy tak daleko od naszego Słońca, jak Słońce, wytworzyłby rozbłyski słoneczne, o które można się martwić, ale jest to możliwe. Czy do tego by to wymagało dużego momentu pędu, nie jestem pewien, ale widzieliśmy większe rozbłyski słoneczne z Jowisza niż ze Słońca.

http://en.wikipedia.org/wiki/Flare_star

Jasność, ciepło i widoczność zostały pokryte powyżej, ale dotknę tego. Jasność -6,25 byłaby 5-6 razy jaśniejsza niż Wenus, a zobaczyłbyś ją w nocy, Wenus nie jest widoczna w szczytowej ciemności, więc byłby znacznie jaśniejszy niż jakakolwiek inna gwiazda / planeta na niebie, ale znacznie mniej jasne niż księżyc, na przykład, nie można było przebić się przez światło tej gwiazdy tak, jak widać rzeczy wokół siebie w świetle księżyca. Ale kiedy sprawdzam liczby, myślę, że byłoby to nieco jaśniejsze.

Mass to Luminosity ma moc 3,5 - szybkie oszacowanie, więc powiedzmy, że czerwony karzeł ma masę 80 Jowisza. To 0,076 Słońca. 0,076 ^ 3,5 = około 1/8 000, czyli 4,2 razy tak daleko w najbliższym punkcie (tego kwadratu), 1/8 000 jako jasny, patrzymy na 1/140 000 razy więcej światła, które otrzymujemy od słońca - niezbyt dużo i prawdopodobnie mniej niż we wczesnych stadiach, a ponieważ mniejsze gwiazdy mają tendencję do opadania, dlatego oszacujmy jasność słońca na poziomie 1/200 000 - 1/300 000 jako przybliżenie. To nie wystarcza, by ogrzać Ziemię, ale wciąż jest jaśniejsze (trochę) niż księżyc w pełni, który ma jasność około 1/400 000. byłoby wystarczająco światła, aby zobaczyć twoją drogę, ale nie chciałbym próbować czytać przez to. Byłoby to również wyraźnie czerwonawe światło.

Wreszcie rozmiar - gwiazda czerwonego karła o masie 80 Jowisza byłaby rzeczywiście nieco mniejsza niż Jowisz z powodu grawitacji, więc wyglądałaby jak planeta - nie całkiem punkt na niebie, ale prawie punkt, ale nieco jaśniejszy niż pełnia księżyca i czerwień. To prawdopodobnie wystarczająco jasne, aby zobaczyć także w ciągu dnia. Nie sądzę, że trudno byłoby spojrzeć lub zranić twoje oczy, ale świeciłoby jak mała jasna czerwona latarka w oddali.

http://www.space.com/21420-smallest-star-size-red-dwarf.html

Nie sądzę, że lubię gwiezdnego Jowisza. Nie planujmy tego robić. :-)

Ignorując niemożność przejścia Jowisza w energię słoneczną:

Załóżmy, że Jowisz zamienia się w duplikat Słońca pod względem wydajności energetycznej. Energia przekazywana na ziemię jest zgodna z prawem odwrotnych kwadratów. Ponieważ Jowisz znajduje się co najwyżej 4 razy dalej od Ziemi niż Słońce, Jowisz dostarczy Ziemi co najwyżej 1/16 energii dostarczanej przez Słońce, co oznacza wzrost nieco ponad 6% większość.

Dla porównania, między aphelium a peryhelium, odległość Słońce-Ziemia wzrasta z około 147 milionów kilometrów do około 152 milionów kilometrów. Oznacza to sezonową zmianę zużycia energii o około 7%, której doświadczamy teraz każdego roku ...

W rzeczywistości Jowisz nie ma prawie wystarczającej masy, aby zainicjować zapłon gwiezdny lub utrzymać go, gdybyśmy mogli jakoś zacząć.

Nawet najmniejsza gwiazda wymagałaby rzędu 80 do 90 razy masy Jowisza, aby zgasić słabą czerwoną poświatę.

Nawet aby zostać proto-gwiazdą z brązowego karła, Jowisz wymagałby zwiększenia masy co najmniej 10-krotnie.

Lucyfer jest po prostu niemożliwy, chyba że Jowisz zderzy się z czymś, co zapewni dodatkową masę potrzebną do gwiezdnej gwiazdy, a nawet wtedy byłby to co najmniej czerwony karzeł i dość słaby, jak rozgrzany do czerwoności gwóźdź świecący w ciemności.

Ale można marzyć.

:)

1. Odległość Słońce-Ziemia: 1AU
2. Odległość Ziemia-Jowisz (w koniunkcji): 4AU

Więc Lucyfer będzie cztery razy dalej niż Słońce, gdy będzie bliżej (sześć razy, gdy jest najdalej), a jednocześnie będzie tysiąc razy mniejszy . Jest to około 40 razy więcej światła niż księżyc w pełni skupiony w małym punkcie na niebie.