Số phận dài hạn của các đại gia khí đốt là gì?

Nếu tôi không nhầm, người ta tin rằng lý do cho thời tiết hỗn loạn như vậy trên 4 hành tinh khí khổng lồ bên ngoài là do áp suất bên trong quá lớn đến nỗi nó sinh ra nhiệt, gây ra sự đối lưu, gây ra thời tiết khắc nghiệt.

Những hành tinh này sẽ mãi mãi sinh nhiệt, hay đến một lúc nào đó chúng sẽ đóng băng?

Sao Mộc sẽ trông như thế nào sau một nghìn tỷ năm nữa?

gas-giants

— Scottie
nguồn

Vui lòng không sử dụng các từ như "nghìn tỷ" vì chúng khó hiểu. Nó không truyền đạt ý nghĩa tương tự trong en.wikipedia.org/wiki/Long_and_short_scales Vui lòng sử dụng các từ khoa học rõ ràng như Gigayears.

— Tham gia

1 nghìn tỷ năm = 1000 Gigayears.

— Rob Jeffries

Câu trả lời:

Khoảng thời gian mà Sao Mộc nguội đi được hiểu một cách hợp lý và được dự đoán bởi thế hệ mô hình tiến hóa hiện tại.

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}

$10^{11}$

Tuy nhiên, các hành tinh khổng lồ như Sao Mộc không bị chi phối bởi luật khí hoàn hảo. Khí ở trung tâm Sao Mộc đủ đậm đặc khiến các electron trở nên thoái hóa. Các electron thoái hóa lấp đầy các mức năng lượng có sẵn lên tới năng lượng Fermi. Hệ quả của các electron không khác không của chúng tạo ra áp suất thoái hóa không phụ thuộc vào nhiệt độ . Kết quả là tốc độ co lại chậm lại và giải phóng năng lượng hấp dẫn tiềm năng chậm lại; hành tinh có thể làm mát và duy trì trạng thái cân bằng thủy tĩnh mà không có cùng mức độ co lại.

$\eta$ $\eta \simeq 0.03$ $10^{10}$

— Rob Jeffries
nguồn

Từ những gì tôi biết, nhiệt chủ yếu được tạo ra khi những người khổng lồ khí được tạo ra. Một số điều này là từ ma sát gây ra bởi áp lực bên trong. Tuy nhiên, sức nóng này không còn được tạo ra nữa, vì nó chỉ được tạo ra khi vật chất rơi vào hành tinh.

Chúng có lẽ tạo ra nhiệt từ các nguyên tố phóng xạ trong lõi (mặc dù chưa có ai từng xuống và kiểm tra nếu có: P), và cũng sẽ nhận được 'tăng tốc' từ sưởi ấm mặt trời.

Tuy nhiên, theo thời gian, mỗi nguồn nhiệt sẽ giảm dần. Nhiệt ẩn từ khi sinh ra sẽ bị tiêu tan vào không gian dưới dạng bức xạ, các nguyên tố phóng xạ sẽ phân rã và ngôi sao mà nó quay quanh sẽ chết.

Vì vậy, tôi đoán rằng Sao Mộc sẽ không còn có thời tiết ấn tượng trong một nghìn tỷ năm nữa.

— Superdavo
nguồn

Tôi đã luôn biết rằng sức nóng từ Mặt trời không đủ mạnh để điều khiển thời tiết khắc nghiệt trên những người khổng lồ khí này và phải có một nguồn nhiệt khác. Lý thuyết hàng đầu là áp lực cực đoan ở lõi đã tạo ra đủ nhiệt để gây ra điều này. Nhưng nếu tôi hiểu những gì bạn đang nói, nó không còn tạo ra nhiệt, mà chỉ là nhiệt còn sót lại từ nguồn gốc của hành tinh?

— Scottie

Tôi không nghĩ vậy, vì nếu không nó sẽ có thể tạo ra nhiệt mãi mãi, điều này sẽ khiến nó trở thành một nguồn năng lượng vô hạn. Tuy nhiên, năng lượng còn lại trong một người khổng lồ khí là khá cực đoan, và sẽ tồn tại trong một thời gian rất dài. Đó là một tình huống tương tự như một ngôi sao lùn trắng, cuối cùng sẽ biến thành một sao lùn đen chết chóc.

— Superdavo

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 Thời gian Kelvin Helmholtz có thể được áp dụng cho một đối tượng được hỗ trợ bởi áp lực thoái hóa (một phần). Tốc độ co bóp của sao Mộc đang chậm lại và nó sẽ ngừng tạo ra năng lượng thông qua sự co lại và làm mát ở bán kính gần như không đổi, được hỗ trợ bởi áp lực thoái hóa.

— Rob Jeffries

@RobJeffries Vâng, đó là lý do tại sao tôi nói rằng không chắc chắn điều kiện hiện tại là gì cho thấy tương lai lâu dài thực sự của sao Mộc. Tuy nhiên, vấn đề là loại bỏ việc tạo nhiệt bên trong mà không phân tích sâu hơn như thể nó rõ ràng là không phù hợp.

— Stan Liou

Trong "một nghìn tỷ" năm, số phận của sao Mộc sẽ bị ảnh hưởng bởi mức độ dữ dội của Mặt trời của chúng ta khi nó biến đổi trong Người khổng lồ đỏ, 5000 triệu năm (5Gy) kể từ bây giờ.

Với Mặt trời của chúng ta rất lớn và rực rỡ, nó sẽ làm nóng Sao Mộc hơn rất nhiều so với bây giờ. Nhưng sự mất mát hàng loạt cũng sẽ khiến sao Mộc quay ra quỹ đạo lớn hơn, đồng thời thu được một khối lượng lớn hơn.

Vì vậy, trong "một nghìn tỷ" năm, Sao Mộc sẽ lớn hơn, lạnh hơn và dày đặc hơn (cũng được Rob Jeffries chỉ ra trong câu trả lời của ông), nhiều hành tinh bên ngoài xung quanh một sao lùn trắng.

— Ghen tị
nguồn

Đây là một thông tin thú vị. Nhưng, tôi nghĩ sau một nghìn tỷ (1E12) năm, những gì xảy ra trong 10 tỷ đầu tiên sẽ bị lãng quên phần lớn. tức là sự tiến hóa tiếp theo phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện ban đầu. Nhiều nhất nó sẽ "đặt lại đồng hồ về 0" khi Mặt trời trở thành khổng lồ.

— Rob Jeffries