Fråga:
Påverkar allmän relativitetsklimat klimatet (mot newtons mekanik)
TT Farreo
2018-03-21 00:47:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det låter kanske som en dum fråga men här är den.

En av de tidiga stora framgångarna med allmän relativitet var att förklara skillnaden mellan Mercury-förskottets framsteg och Newtons mekanik förutsagde och resultaten av dess faktiska mätning.

Jag undrade om denna typ av effekt skulle kunna påverka klimatet hos en planet som upplever den.

Tre svar:
Camilo Rada
2018-03-21 01:17:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kort sagt: Nej, såvida inte flera miljoner tidsskalor beaktas.

Anledningen till att vi fortsätter att lära Newtons mekanik är att det är en MYCKET exakt uppskattning av en mer allmän teori (allmän relativitet) inom regimer av hastighet och tyngdkraftsacceleration som finns i vardagen. Därför är alla relativistiska korrigeringar av Newtons mekanik i jordsystemet försumbara. Både för de interna klimatoperationerna och för utvecklingen av dess omloppsparametrar på tidsskalor på hundratals årtusenden eller kortare.

En effekt skulle vara den mindre roll som apsidal presession har på förändringsfördelningen av inkommande solenergi som beskrivs av Milankovic-cyklerna. Men det kan utan tvekan anses vara försumbar.

Men kanske det viktigaste bidraget skulle vara påverkan av relativistiska korrigeringar i jordens omloppsvariationer på flera miljonars tidsskalor.

Toppmoderna omloppslösningar för långsiktig rörelse från jorden som La2010, använder relativistisk korrigering, men de är ganska små. Hur korrigeringarna ingår i modellen beskrivs av Saha & Tremaine (1994), där de pekar på att:

Allmänna relativistiska effekter i planetrörelse har bråkad amplitud av order $ \ frac {k ^ 2} {c ^ 2 r} \ sim 10 ^ {- 8} $ vid $ r = 1 \, \ textbf {AU} $.

Det betyder att korrigeringen motsvarar 0,000001% av den totala variationen av orbitalparametrarna. Utan tvekan har även sådana små korrigeringar en kumulativ effekt över flera miljoner år. Varadi et. på. (2003), jämför produktionen från en modell med relativistiska korrigeringar (hel linje) med en som inte använder dem (streckad linje), och följande bild visar resultaten under 3 miljoner år, där man kan observera att signifikanta skillnader uppstå efter 300 000 år.

enter image description here

Det är dock rimligt att tänka på att sådana små korrigeringar skulle ha kunnat övervinnas någon gång tidigare genom några andra oberäknade effekter, som stora meteoritpåverkan (eller fly-by), solstormar etc. Kom ihåg att La2010 50 miljoner år tillbaka och andra modeller går tillbaka flera miljarder år, då sådana händelser var ganska vanliga. Så jag skulle fortfarande hävda att relativistiska korrigeringar inte är särskilt betydelsefulla. Men i ett kaotiskt system som jordens klimat kan du aldrig utesluta att en försumbar tvingning kunde ha haft en viktig effekt.

Naturligtvis skulle svaret vara annorlunda (och den relativa vikten högre) om vi överväger en planet som kretsar extremt nära en supermassiv stjärna. Men jag antar att du mest överväger planeter som liknar jorden i det avseendet.

Det finns också några påståenden ( Damhsa Theory) att gravitationsvågor kan ha spelat en roll på jordens mycket långsiktiga klimatutveckling. Jag är dock inte kapabel att verkligen bedöma giltigheten av sådan teori, men jag måste erkänna att jag är skeptisk till den. Jag har lagt upp en fråga om det i Physics SE, och det verkar finnas bred enighet om att en sådan effekt skulle vara mycket liten för att någonsin förtjäna någon form av övervägande.

För mig ser "Damhsa-teorin" någonstans mellan "fel" och "inte ens fel" (dvs. så vagt att den är oförfalskbar) men såvitt jag kan säga blir relativitet relevant vid flera Myr-tidsskalor - jag antar att [La2010 omloppsmodellen] (https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2011/08/aa16836-11.pdf) och dess föregångare tar sig besväret med att ta hänsyn till relativitet. Jag antar att i ett newtonskt solsystem skulle vi få liknande Milankovitch-cykler men med olika tidpunkter (jag har ingen aning om hur annorlunda). Det kan vara intressant att jämföra La2010 med tidigare Newton-modeller ...
@Pont Jag tittade på det papperet och korrigeringarna är ganska små, troligen gränsöverskridande i vad som kan betraktas som försumbar. Jag lägger till några meningar om det.
@Pont Jag har just lagt till några kommentarer i det avseendet.
Efter att ha läst Varadi et. al. papper Jag har ändrat mig om relevansen av relativitet, så jag har ändrat svaret därefter.
Vad är "Mitt"? Miljoner år?
@Hamsterrific Ja, i icke-akademiska miljöer vet jag aldrig om jag ska använda Ma, My, Myr eller Myrs, du kan hitta alla alternativ och den förra är den som används i akademisk publikation, men många av mina studenter vet inte riktigt vad annus betyder
Cort Ammon
2018-03-21 05:18:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De senaste positionerna som jag känner till säger ja, men inte på något användbart sätt.

Enligt vad jag har läst är den rådande rådande uppfattningen att jordens väder är ett kaotiskt system. Kaotiska system är kända för att vara mycket känsliga för initiala förhållanden. Eddys i atmosfären som bara är milimeter stora kan förändras om det regnar eller lyser på andra sidan planeten om några månader.

Från detta koncept kan vi anta att GR påverkar vädret. Vi måste dock vara försiktiga med vad vi drar av den slutsatsen. Jag tror att det var von Neuman som citeras att när han först hörde talas om vädret som ett kaotiskt system, känsligt för initiala förhållanden, hade han idén att vi snart skulle ha väderkontroll genom att göra små justeringar. Först senare förstod han äntligen kaosteorin: sådana störningar var som att ge ett väl blandat skrivbord en annan blandning. Det ändrar verkligen din lycka, men du kunde omöjligt veta om det var på gott och ont.

Så till din fråga, om GR skulle ha någon effekt, svaret är ja. Om du skulle omformulera frågan för att fråga om den hade några mätbara effekter som skulle kunna testas med empiriska bevis, skulle jag behöva hänvisa till Camilos svar.

Jag håller med, men du kan i princip svara samma sak om jag frågar "Påverkar min hund jordens klimat?"
@CamiloRada Ja, du kan =) Själv tycker jag skillnaden är ganska intressant. Att jag inte kan förutsäga om det kommer att regna eller skina i Seattle om en månad, och ändå kan du titta på flera miljoner årstidsplaner och ge användbara svar är fascinerande, och jag tycker att det är en viktig del av klimatstudien. Detta gäller särskilt i en tid där klimatförändringarna är ett mycket omtvistat ämne. (Åh, och bara skojar. Jag kan förutsäga: det kommer att regna i Seattle. Oroa dig inte ;-))
Ja, det är en fascinerande punkt. Väderprognoser är också ganska enkla här i Vancouver, BC: 99% risk för regn =)
@Cort Ammon: Slå upp termen "kaotisk lockare". I huvudsak har kaotiska system gränser. Du kan inte göra långsiktiga förutsägelser om exakt var inom dessa gränser det kommer att vara, men du kan med säkerhet förutse att det kommer att finnas någonstans inom dem. Så du kan noggrant förutsäga att det är 90% chans att det kommer att regna i Seattle varje lördag, men du har ingen chans att förutsäga vilken lördag som kommer att bli klar.
@jamesqf Åh, jag förstår dem, men det gör dem inte mindre fascinerande.
Jag är inte säker på att du kan säga att GR har en inverkan på klimatet från det faktum att hela systemet är kaotiskt, för i så fall skulle detta vara ganska meningslöst eftersom någonting har en effekt. Jag menade att GR skulle ha en effekt i den bemärkelsen att trots det kaotiska beteendet hos klimatet, skulle GR ha ett inslag i de genomsnittliga vädermönstren.
@TTFarreo Betyder det att vi bör läsa frasen "något inflytande" i frågan som "något förutsägbart inflytande?"
@Cort Ammon Ja, du har rätt.
userLTK
2018-03-21 18:25:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag ser inte den här punkten, så jag lägger bara till den. I mycket höga gravitationssituationer kan orbital energi gå förlorad till "relativitet" eller mer specifikt, gravitation vågor. Den primära relativistiska effekten som solens gravitation har på kvicksilver är en ökning av dess presession, som @CamiloRada påpekade, och se mer information här.

En sekundär relativistisk effekt är orbital förfall eller spiral in. Detta är observerbart i trånga banor runt neutronstjärnor eller svarta hål. Effekten runt en vanlig stjärna skulle vara liten men inte noll.

Denna artikel ger några siffror för denna effekt på jorden.

Gravitationsstrålning är otroligt subtil och svag i sina effekter. Jorden, när den kretsar kring solen, tappar energi på grund av denna strålning och spiral inåt. Men det tar 10 ^ 150 år för den här processen att inträffa.

Det är en mycket lång tidsperiod. Kvicksilver skulle säkert påverkas betydligt mer än jorden, (jag kan inte göra matematik, kanske någon här kommer att stiga upp), men även vid kvicksilveravstånd skulle energiförlusten till tyngdkraftsvågor och spiralinläggning vara långsam till irrelevans jämfört med andra effekter.

Vår sol blir till exempel större och ljusare under dess livstid. Planets atmosfärsförändring, antingen avskalad eller i fallet med jorden, påverkad av fotosyntes och andra processer, och solen förlorar massa under sin livstid, vilket gör att planeterna i genomsnitt rör sig utåt, även om inre migration också anses vara möjligt och planeterna kan påverka varandras banor. Dessa klimatförändringar är troligtvis betydligt större än relativistisk spiralinspiration.

För maximal "spiral-in" -effekt skulle du förmodligen vilja ha en liten stjärna och en planet med en mycket snäv bana på bara några dagar, men även den skulle sannolikt vara för liten för att ha betydande effekter och en planet som kretsade snabbare än att stjärnan roterar skulle det troligen uppstå några tidvattenkrafter som drar den inåt. Tidvattenintaget skulle sannolikt vara mycket större. Det är svårt att föreställa sig en situation där den relativistiska spiralinflyttningen skulle ha mycket effekt mellan en planet och stjärna.

Nu en planet i en supertät bana runt en vitdvärgstjärna. . . kanske, men planeten skulle troligtvis rivas sönder inom Roche-gränsen långt innan du fick den tillräckligt nära för någon mätbart intressant relativistisk spiral-in.


Ett ord om precession, precession påverkar jordens klimat eftersom jorden har ett landdominerande halvklot och en vattendominerande halvklot. Precession fungerar också med årstiderna som leder till varmare eller kallare vintrar eller somrar. Om det finns låg axiell lutning, kommer inte precession att ha stor effekt på planetens klimat. Kvicksilver har minimal axiell lutning och ingen signifikant variation mellan de två halvklotet, så det är osannolikt att Merkurius pression förändrar klimatet mycket. Visst inte som den effekt det har på jorden, som att slå på eller av istider.

Precession är också mest newtonsk. Relativitet lägger bara till en procentenhet eller två till precessionstakten i fallet med kvicksilver.



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...