Hoe koud zou het op aarde zijn als de zon er niet zou zijn?

Thom, 12 jaar
2 november 2014

Antwoord

 

Een hele mooie vraag, waar veel fysica komt bij kijken!

Toch eerst een kleine waarschuwing: als de Zon er nooit geweest was, zou de Aarde er ook niet zijn.  Want planeten zoals de Aarde ontstaan als een bijproduct van het ontstaan van sterren zoals de Zon.  Maar uit wat we waarnemen bij andere planetenstelsels, hebben we geleerd dat in vele van die stelsels planeten onder elkaar biljart kunnen spelen, waarbij de onderlinge aantrekking als gevolg kan hebben dat planeten uit het systeem worden weggeslingerd.  Het is heel onwaarschijnlijk dat dit bij ons nog zal gebeuren, maar het is tegelijk wel waarschijnlijk dat er zich inderdaad weggeslingerde planeten zoals de Aarde tussen de sterren bevinden.

Hoeveel een dergelijke geisoleerde planeet uitstraalt, hangt af van twee dingen: de energie die ze van haar omgeving ontvangt, en de energie die ze nog in zichzelf overhoudt.

De energie die planeten in de ijle gebieden tussen sterren kunnen opvangen, bevat verschillende componenten.  Er is in eerste instantie overal een straling die het overblijfsel is van de oerknal waarmee ons heelal begon; die zorgt ervoor dat er ongeveer overal in het heelal een minimale temperatuur heerst van ongeveer 3 Kelvin, drie graden boven het absolute nulpunt van de temperatuur, dat bij -273 graden Celsius ligt; zo is er een minimale temperatuur van -270 graden Celsius voor de 'planeet'.  Als de planeet in ons sterrenstelsel blijft, krijgt ze een gelijkaardige hoeveelheid warmte van de sterren.  Als je beide vormen van energie optelt, kom je nauwelijks boven die 3 graden van daarpas uit (opgepast: het is niet zo dat als je twee hoeveelheden straling van telkens 3 Kelvin optelt, dat je dan 6 Kelvin bekomt; twee keer meer straling, betekent een toename van de temperatuur met maar 20 procent).  Een derde component van energie die de planeet kan invangen - en eigenlijk iets groter dan de vorige twee - komt van kosmische straling; dit zijn hoogenergetische deeltjes die rondzwerven in het interstellaire gebied, afkomstig van verschillende explosies die in het heelal gebeuren.  Alles samen breng je de planeet nauwelijks boven de 5 Kelvin (-268 graden Celsius).

Voor een planeet als de Aarde zou de meeste uitgestraalde energie komen van de eigen opgestapelde energie.  Die bevat twee ongeveer gelijkwaardige componenten.  Vooreerst is er nog de hitte die opgestapeld werd gedurende het vormingsproces van de planeet, en die bij de Aarde nog steeds niet verdwenen is.  Planeten ontstaan door de samensmelting van vele kleine 'planeetjes'.  Naarmate de planeet groter wordt, vallen die 'planeetjes' met steeds grotere snelheid, en de energie van dat invallen verhit het inwendige van de planeet aanzienlijk.  Als het proces van invallen stopt, straalt de planeet die energie geleidelijk aan uit, maar dat duurt miljarden jaren, en de Aarde is er nog steeds mee bezig.  De tweede vorm van energie die het inwendige van de Aarde opwarmt, is het gevolg van de radioactiviteit van sommige elementen in de Aarde.  Als die elementen uiteenvallen, warmt dat het aardinwendige op.  Ook dat proces is nog bezig: de vervaltijd van sommige elementen zoals uranium en thorium is van de orde van miljarden jaren, er komt dus nog steeds energie vrij; bovendien is het opnieuw zo dat die energie veel tijd nodig heeft om buiten te geraken.  Die twee processen samen zorgen ervoor dat de Aarde nog steeds warmte naar buiten afvoert.  Als er alleen die processen zouden zijn (geen Zon dus), dan zou dat zorgen voor een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 40 Kelvin, -230 graden Celsius dus.

De eigen energie is dus voor de Aarde veel groter dan hetgeen ze van haar omgeving zou ontvangen, en het antwoord op uw vraag is dus 'van de orde van -230 graden Celsius'. 

Het resultaat hangt dus af van de hoeveelheid inwendige energie van de Aarde en van de snelheid waarmee de Aarde die energie verliest.  De hoeveelheid energie hangt af van het volume van de Aarde, en dat is evenredig met de derde macht van de straal.  Het energieverlies hangt af van hoe groot het oppervlak is waardoor die energie teloor gaat, en dat oppervlak hangt af van de straal in het kwadraat.  De inhoud van de 'tank' delen door het 'verbruik' zegt iets over hoe lang het proces kan duren.  Hier gaat die verhouding dus met 'straal tot de derde' gedeld door 'straal in het kwadraat', dus dat gaat evenredig met de straal.  Hoe groter een planeet, hoe langer ze haar inwendige energie kan behouden en uitstralen.  Dat het nog niet gedaan is voor de Aarde, zien we aan het feit dat er nog vulkanen uitbarsten!  Maar op een kleinere planeet als Mars, waar we vele uitgedoofde vulkanen nog zien staan, stellen we vast dat er sinds lange tijd nog nauwelijks vulkanische activiteit is.  Een kleinere planeet houdt dus nog nauwelijks inwendige energie over, en zou dus veel kouder zijn indien ze alleen in het interstellaire midden moest vertoeven.

Reacties op dit antwoord

  • 07/11/2018 - Christoffel (wetenschapper)

    Ik ben heel blij met de vraag en het antwoord. Ik wil jullie even te bedanken.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2025
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door Eos wetenschap. Voor vragen over het platform kan je terecht bij liam.verbinnen@eos.be