Qual é o destino a longo prazo dos gigantes do gás?

Se não me engano, acredita-se que a razão para um clima tão turbulento nos 4 planetas gigantes de gás exteriores seja que a pressão interna seja tão grande que esteja gerando calor, causando convecção e causando condições climáticas extremas.

Esses planetas irão gerar calor para sempre ou em algum momento congelarão?

Como será Júpiter daqui a um trilhão de anos?

gas-giants

— Scottie
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Por favor, não use palavras como "trilhão", pois são confusas. Não transmite o mesmo sentido nas en.wikipedia.org/wiki/Long_and_short_scales Por favor, use palavras científicas claras como Gigayears.

— Envite

1 trilhão de anos = 1000 Gigayears.

— 9788 Robertryries

Respostas:

A escala de tempo em que Júpiter esfria é razoavelmente bem compreendida e prevista pela atual geração de modelos evolutivos.

A luminosidade de Júpiter é fornecida principalmente por contração gravitacional. Para um planeta que contém apenas gás governado pela lei perfeita dos gases, a escala de tempo apropriada para essa contração (ou mesmo para que a luminosidade caia significativamente) é dada pela escala de tempo de Kelvin Helmholtz. que e são a massa e o raio de Júpiter e é a sua potência atual (ou luminosidade) e o parâmetro . Essa escala de tempo é de anos.

τ = η \frac{G M^{2}}{R L},

$\tau = \eta \frac{GM^2}{RL},$

M

$M$

R

$R$

L

$L$

η \sim 1

$\eta \sim 1$

10^{11}

$10^{11}$

No entanto, planetas gigantes como Júpiter não são governados por leis perfeitas de gás. O gás no centro de Júpiter é denso o suficiente para que os elétrons se degenerem. Elétrons degenerados preenchem os níveis de energia disponíveis até a energia de Fermi. Seu consequente momento diferente de zero dos elétrons exerce uma pressão de degeneração independente da temperatura . Como resultado, a taxa de contração diminui e a liberação do potencial gravitacional diminui; o planeta é capaz de esfriar e permanecer em equilíbrio hidrostático sem o mesmo grau de contração.

Pode-se expressar essa alteração usando o parâmetro . Para Júpiter ( Guillot & Gautier 2014 ) - ou seja, a escala de tempo para a luminosidade desaparecer é 30 vezes mais rápida que o ingênuo tempo de Kelvin-Helmholtz e a luminosidade de Júpiter será escalada conforme o recíproco de sua idade e cairá por um fator de alguns em anos. Em um trilhão de anos, a luminosidade de Júpiter será menor do que é agora em aproximadamente um fator de 250. $\eta$ $\eta \simeq 0.03$ $10^{10}$

— Rob Jeffries
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Pelo que sei, o calor foi gerado principalmente quando os gigantes de gás são criados. Parte disso foi decorrente do atrito causado pela pressão interna. No entanto, esse calor não está mais sendo gerado, pois só foi gerado quando a matéria caiu no planeta.

Presumivelmente, eles geram calor a partir de elementos radioativos no núcleo (embora ninguém nunca tenha caído e verificado se existe algum: P), e também receberá um 'impulso' do aquecimento solar.

Com o tempo, no entanto, cada fonte de calor diminuirá. O calor latente desde o nascimento será dissipado no espaço na forma de radiação, os elementos radioativos se deteriorarão e a estrela que está orbitando desaparecerá.

Então, acho que Júpiter não terá mais seu clima dramático em um trilhão de anos.

— Superdavo
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Eu sempre aprendi que o calor do Sol não era de modo algum poderoso o suficiente para levar o clima extremo a esses gigantes gasosos e que devia haver outra fonte de calor. A teoria principal era que a pressão extrema no núcleo estava gerando calor suficiente para causar isso. Mas se eu entendo o que você está dizendo, não está mais gerando calor, mas apenas sobra calor da gênese do planeta?

— 21714

Acho que não, pois, caso contrário, seria capaz de gerar calor para sempre, o que tornaria uma fonte infinita de energia. No entanto, a energia residual em um gigante gasoso é bastante extrema e deve durar muito tempo. É uma situação semelhante à de uma estrela anã branca, que acabará esfriando em uma anã negra morta.

— Superdavo 14/11

L_{J} = 8.7 \times 10^{- 10}

$L_\text{J} = 8.7\times 10^{-10}$

τ_{KH} \sim \frac{G M^{2}}{R L_{J}} \sim 10^{11} y r .

$\tau_\text{KH}\sim\frac{GM^2}{RL_\text{J}}\sim 10^{11}\,\mathrm{yr}\text{.}$

@StanLiou A escala de tempo Kelvin Helmholtz não pode ser aplicada a um objeto que é suportado por pressão (parcial) de degeneração. A taxa de contração de Júpiter está diminuindo e deixará de gerar energia via contração e esfriará em um raio quase constante, suportada pela pressão de degeneração.

— Rob Jeffries

@RobJeffries Sim, foi por isso que disse que é incerto até que ponto as condições atuais são indicativas do futuro real de longo prazo de Júpiter. Contudo, o ponto é que descartar a geração interna de calor sem uma análise mais profunda como se fosse simplesmente óbvia é inapropriado.

— Stan Liou

Em "um trilhão" de anos, o destino de Júpiter será afetado pelo quão violento nosso Sol se torna quando se transformar em Gigante Vermelho, daqui a 5000 milhões de anos (5Gy).

Com o nosso Sol ser tão grande e brilhante, aquecerá Júpiter muito mais do que agora. Mas também a perda de massa fará Júpiter espiralar em direção a uma órbita maior, enquanto captura alguma massa extra.

Assim, em "um trilhão" de anos, Júpiter será um planeta maior, mais frio e denso (como apontado por Rob Jeffries em sua resposta), mais um planeta externo em torno de uma anã branca.

— Envite
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Este é um ponto interessante. Mas, depois de um trilhão (1E12) de anos, o que aconteceu nos primeiros 10 bilhões será esquecido. isto é, a evolução subsequente depende muito fracamente das condições iniciais. No máximo, ele "zerará o relógio" quando o Sol se tornar um gigante.

— Rob Jeffries