Si el Sol se hiciera más grande, pero mantuviera su luminosidad, ¿la Tierra se volvería más caliente o más fría?

Una pregunta reciente Si el Sol fuera más grande pero más frío, ¿la Tierra estaría más caliente o más fría? preguntó: si el Sol se hiciera más grande y más frío, ¿se calentaría o enfriaría la Tierra? Creo que la respuesta a eso es principalmente que depende de la luminosidad final.

Sin embargo, lo que quiero saber aquí (hipotéticamente), es si el Sol se hizo más grande y su temperatura efectiva disminuyó de tal manera que su luminosidad no cambió ; ¿Cómo afectaría eso a la temperatura de equilibrio de la Tierra? Sospecho que la respuesta puede involucrar la dependencia de la longitud de onda del albedo, la emisividad y la absorción atmosférica de la Tierra.

Otra forma, menos hipotética, de preguntar esto es, si coloca un planeta similar a la Tierra a diferentes distancias de las estrellas con una variedad de temperaturas, de modo que el flujo total incidente en la parte superior de la atmósfera sea idéntico, ¿cómo serían las temperaturas de esos planetas se comparan?

the-sun earth

— Rob Jeffries
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Si aumenta

en un factor de 215, la Tierra estará en la superficie del Sol. Su área entonces aumenta en un factor de 46,200. Para mantener su luminosidad,

debe disminuir en el mismo factor, por lo que será de 120 ºC, en cuyo caso la Tierra debería calentarse más.

R_{⊙}

$R_\odot$

T^{4}

$T^4$

— pela

@Pela Nice one. Eso no es realmente lo que estaba pensando. Más la diferencia entre la Tierra-Sol, y la Tierra está mucho más cerca de un enano M, por ejemplo. Así que factores de unos pocos.

— Rob Jeffries

Si bien, ya veo.

— pela

Supongo que está preguntando acerca de algo como

T_{p}^{4} = \frac{r_{s}^{2} T_{s}^{4}}{4 (1 - α) a_{p}^{2}} = \frac{(1 - α) E_{a b s a t p}}{σ A_{e m i t, p}}

$T_{p}^{4} = \frac{ r_{s}^{2} T_{s}^{4} }{ 4 \left( 1 - \alpha \right) a_{p}^{2} } = \frac{ \left( 1 - \alpha \right) \ E_{abs \ at \ p} }{ \sigma \ A_{emit, p} }$

α

$\alpha$

¿Definitivamente deberías hacer más preguntas?

— Muze el buen Troll.

Respuestas:

Para una primera aproximación si el Sol se hiciera más grande (por un factor relativamente pequeño, digamos algunas veces) pero mantuviera su luminosidad actual, ya que la Tierra aún estaría interceptando la misma energía total por unidad de tiempo, la temperatura se mantendría igual. La luminosidad constante proporciona una intensidad constante a la distancia de la Tierra al Sol (la intensidad es el área de unidad de cruce de energía en unidad de tiempo), lo que significaría que la energía solar total interceptada por la Tierra permanecería igual.

Sin embargo, en este escenario, el color del sol cambiaría y obtendríamos efectos secundarios debido a que la reflectividad de la Tierra depende de la frecuencia, por lo que la fracción de la energía incidente reflejada en lugar de absorbida cambiaría, lo que resultaría en un cambio de temperatura. Es difícil decir en qué dirección iría esto, ya que un aumento de la temperatura debería dar lugar a más nubes, lo que aumentaría la reflectividad ...

— Conrad Turner
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Conrad, sabía todo esto. Quiero saber de qué manera cambia la temperatura y por qué.

— Rob Jeffries

Entonces no se trata de astronomía sino de climatología.

— Conrad Turner

La climatología puede estar involucrada. Sospecho que la formación de nubes no es importante. La cuestión de la ubicación de una zona habitable alrededor de estrellas de diferente tipo espectral es definitivamente un tema.

— Rob Jeffries

La cuestión clave es la opacidad de la atmósfera, porque supongo que la pregunta es sobre la temperatura en la superficie sólida de la Tierra. La opacidad atmosférica se puede ver en /physics/135260/can-someone-explain-to-me-the-concept-of-atmosphere-opacity , donde se puede ver que el "arco iris" del flujo de calor máximo del Sol llega a golpear una especie de agujero en la opacidad atmosférica. Eso tiene un efecto de calentamiento significativo en la Tierra, y se ve exacerbado por el efecto invernadero. Si la luz solar estuviera más adentro del infrarrojo, el gráfico muestra que mucho más sería interceptada en la atmósfera. Eso haría que la superficie fuera significativamente más fría, aunque ciertamente no es un factor de 2 más frío.

Sin duda, la pregunta es más que interesante, porque las enanas M son las estrellas de secuencia principal más numerosas y, por lo tanto, son interesantes para la vida. Para tener vida cerca de una enana M, el planeta necesitaría estar más cerca de lo que la Tierra está del Sol, pero el efecto de acercar el planeta y reducir y enfriar la estrella sería similar a dejar la Tierra donde está y enfriar la estrella. y más grande Por lo tanto, la naturaleza de la opacidad atmosférica para atmósferas húmedas debe ser de gran importancia para comprender las perspectivas de vida alrededor de los enanos M.

— Ken G
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