Ruimtezeilen: is stralingsdruk van invloed op de baan van planeten?

[tuander]

 Ruimtezeilen: is stralingsdruk van invloed op de baan van planeten?
 
Ik kon niet makkelijk een antwoord vinden op mijn vraag of het principe van zonnezeilen van invloed is op de baan van de planeten. Vandaar dat ik hier een topic start.
 
Ik vraag mij af of bij baanberekeningen van de planeten rekening gehouden wordt met de stralingsdruk van de zonnewind?
 
Ik heb ook gelezen dat de aarde zich per jaar 15 cm verwijdert van de zon. Is de zonnewind hier wellicht voor verantwoordelijk?
 
Ik heb zelf een ruwe berekening gedaan, en kom er op uit dat er inderdaad een klein verschilletje zou kunnen zijn, in het 14e decimaal ongeveer. Deze kleine afwijking verschilt van planeet tot planeet, je kunt er een berekening aan doen, ik heb gekozen voor mercurius en aarde, maar misschien heb ik nog veel fouten gemaakt. Belangrijk is volgens mij dat de afwijking een systeemafwijking is, en geen toevallige onnauwkeurigheid. Volgens mij moet je er dan sowieso rekening mee houden. Ik weet alleen niet of ruimtewetenschappers dat doen.
 

IMG_0001 2040 keer bekeken

 
 
 

[Michel Uphoff]

De druk van de zonnewind ligt voorzover mij bekend een factor 1000 lager, in de orde van 3 nanopascal, maar ze kan sterk variëren.
Ga je hiermee wat grofweg calculeren, dan blijkt de uitgeoefende kracht op de Aarde (π r² * druk) in de orde van 400 kN te liggen.
Vergeleken met de gravitatiekracht tussen Zon en Aarde, inderdaad zo'n 3,5.10²² N, is dit 10^-17 keer zo zwak.
 
Vooralsnog is dat volstrekt verwaarloosbaar bij de bepaling van de omloopbanen van planeten. Ter illustratie: 10^-17 van de afstand Aarde-Zon bijvoorbeeld is 0,001 mm.
 
Andere, niet meegenomen gravitatie invloeden van passerende sterren, de Melkweg, onbekende objecten, massatoename/verlies, het feit dat baanberekeningen serieel zijn (minuscule fouten stapelen op termijn op tot grote afwijkingen) en de inherent chaotische aard van omloopbanen zorgen ervoor dat precieze baanberekeningen over meer dan zeg eens een miljoen jaar niet eens mogelijk zijn.

[Bladerunner]

De Aarde etc. verwijderd zich inderdaad (door massaverlies van de zon c.q. zonnewind en effecten v/d getijkrachten), maar dat gaat zo langzaam dat tegen de tijd dat dit in de enkele tienduizenden tot 100.000 kilometers gaat lopen (nog altijd een klein deel van de totale afstand) we zo'n 5 miljard jaar verder zijn en de zon op het punt staat een rode reus te worden (of is) en de Aarde zeer waarschijnlijk tot een sintel is verbrand.
Je kunt er dus wel rekening mee houden maar dat verdwijnt in elke zinnige afronding van het eindresultaat. Vooral als je bedenkt dat de baan zelf varieert omdat het geen perfecte cirkel is. Dat verschil is ongeveer 5 miljoen km.

[Bladerunner]

Zelfs een (kort periodieke) komeet die uiteraard veel minder massa heeft dan de Aarde en tijdens het perihelion ook veel dichter bij de zon staat wordt vele malen meer beïnvloed door andere effecten (zoals de planeten en eigen verdamping) dan door de stralingsdruk op zich.

[jkien]

Ik heb ook gelezen dat de aarde zich per jaar 15 cm verwijdert van de zon. Is de zonnewind hier wellicht voor verantwoordelijk?

 

Zowel de stralingsdruk als de zwaartekracht zijn omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand aarde-zon, d.  De stralingsdruk manifesteert zich dus als een schijnbaar kleinere massa van de zon.  Dus d³/T² wordt kleiner in de derde wet van Kepler; er is geen permanente versnelling naar buiten.

[tuander]

De druk van de zonnewind ligt voorzover mij bekend een factor 1000 lager, in de orde van 3 nanopascal, maar ze kan sterk variëren.

Ik bedoel eigenlijk ook het principe van lichtzeil, en niet zonnewindzeil. Excuus. De waarde daarvan ligt volgens wikipedia ongeveer in de grootte van microNewton per vierkante meter (=micropascal)  https://nl.wikipedia.org/wiki/Lichtzeil.

[tuander]

 

Zowel de stralingsdruk als de zwaartekracht zijn omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand aarde-zon, d.  De stralingsdruk manifesteert zich dus als een schijnbaar kleinere massa van de zon.  Dus d³/T² wordt kleiner in de derde wet van Kepler; er is geen permanente versnelling naar buiten.

 Ja, dank, ik zie dat de Aarde hierdoor niet van baan zal veranderen zolang de stralingsdruk gelijk blijft. Waarmee mijn deelvraag over de 15 cm per jaar beantwoord is. Dank
 
 
Verder gaat het natuurlijk wel om een 'schijnbaar' kleinere massa van Aarde of Zon. De werkelijke massa verandert natuurlijk niet door de zonnewind of door het zonnezeil-effect. Ook de werkelijke massa van Mercurius zal dan toch iets verkeerd in de boeken staan. Ook de verhouding van massa van Aarde en Mercurius klopt niet meer precies. blijkt uit mijn rekenvoorbeeld. Maar inderdaad nauwelijks merkbaar ten opzichte van andere invloeden.
 
Maar als ik pietje precies wil zijn moet ik de hoofdvraag van dit topic dus toch met 'ja' beantwoorden?
 
Dus: 'Ja het starsail-effect is wel van invloed op de planeetbanen, maar praktisch niet goed meetbaar'?
 
 
Nog een wilde gedachte: In een vervolg-gedachtengang moest ik denken aan de electrische lading van de zonnewind. De aarde heeft een magnetische veld. De aardas staat niet loodrecht op het vlak van de planeten, niet loodrecht op de lijn naar de zon toe. Dat betekent dat de zonnewind het aardmagnetisch veld onder een hoek raakt. Zou dat dan ook betekenen dat hierdoor een extra kracht van de zonnewind op de aarde wordt uigeoefend? Misschien zelfs een kracht die de aardas doet kantelen?
 
Nou ja, zoals Michel Uphoff mij al zei, de zonnewind is ongeveer duizend keer zwakker dan het zonnezeil-effect. Dus misschien hooguit een zeer klein effect?

[Bladerunner]

We hebben het hier natuurlijk over extreem kleine waarden. En het is in het geval van de zonnewind niet eens de Aarde zelf die vol geraakt wordt maar het magnetisch veld of de atmosfeer. Om een effect te kunnen hebben op de stand van de aardas zal toch echt de Aarde zelf getroffen moeten worden door een inferno van deeltjes zoals uitgezonden wordt door blauwe super reuzen.
En zelfs dan is het nog maar de vraag of zo'n sterrenwind alleen een planeet onstabiel kan maken. (Ze zal eerder verbranden)
 
Zelfs bij grote aardbevingen zijn de effecten op onze planeet uiteindelijk gering. En daar komt een energie bij vrij die vele malen groter is dan wat de aarde per seconde ontvangt van de zon.

[Benm]

Dan nog is dat zonnezeil effect gewoon te klein om praktisch meetbare veranderingen te geven. 
 
Dat komt natuurlijk wel door de massa van de aarde, als je een zonnezeil zou maken dat een diameter heeft gelijk aan een doorsnede van de aarde door het midden, maar met een zeer geringe massa (zeg gram/m2 oid) dan denk ik dat het een heel ander verhaal wordt

[tuander]

En het is in het geval van de zonnewind niet eens de Aarde zelf die vol geraakt wordt maar het magnetisch veld of de atmosfeer. Om een effect te kunnen hebben op de stand van de aardas zal toch echt de Aarde zelf getroffen moeten worden

 
?????? waar is dat aardmagnetisch veld volgens jou dan aan vast gemaakt? Door welke magneet wordt dat opgewekt? Welke magneet vangt die kracht dan op?

[tuander]

 
 
Dat komt natuurlijk wel door de massa van de aarde, als je een zonnezeil zou maken dat een diameter heeft gelijk aan een doorsnede van de aarde door het midden, maar met een zeer geringe massa (zeg gram/m2 oid) dan denk ik dat het een heel ander verhaal wordt

 
Dat heb ik keurig uitgewerkt in mijn rekenvoorbeeld. Je hoeft alleen nog maar een waarde 'h' van de zonnewindkracht/zonlichtkracht in te vullen. Moeilijk is het niet. Ik denk wel dat je het kunt volgen

[Bladerunner]

Er zit een groot verschil tussen een planeet met een magnetisch veld (of een atmosfeer) die geraakt wordt door zonnewind en een planeet die geen bescherming heeft. Jij hebt het over het mogelijk kantelen van de aardas als gevolg van die zonnewind, maar die zonnewind wordt door het magnetisch veld (voor een deel) van richting veranderd en verliest dus een deel van zijn impact. Maar zou er geen atmosfeer of magnetisch veld zijn dan wordt daadwerkelijk het oppervlak continue geraakt en krijg je een andere verdeling van de krachten.
 
Het magnetisch veld dempt dus het effect van de zonnewind zodat de Aarde zelf er totaal niets van merkt voor wat betreft zijn stabiliteit.

[tuander]

Dat is niet helemaal wat ik bedoel. Maar mijn middelbare schoolkennis is roestig. Mijn vraag is eigenlijk het volgende. Als bijvoorbeeld de zonnewind negatief geladen is, en aangetrokken wordt door de noordpool en afgestoten wordt door de zuidpool, of er dan een krachtmoment op de aarde wordt uitgeoefend? Het aardmagnetisch veld wordt toch opgewekt in het binnenste van de aarde, dus een eventueel krachtmoment wordt toch via dat magnetisme op de aardmantel overgebracht? Kan dat dan zorgen voor een kracht die de aardas scheef trekt?

[Benm]

Als het aardmagentische veld de zonnewind (in de zin van geladen deeltjes) afbuigt lijkt het me wel logisch dat dat een effect heeft op de as van rotatie tov de zon. Het is een dipool intereactie met een dipoolmoment als gevolg, al heb ik geen idee hoe groot dat effect is. 

[Bladerunner]

Het lijkt me logisch dat het samenspel tussen de zonnewind en het magnetisch veld dat zich uitstrekt tot zo'n 65.000 km boven het oppervlak helemaal geen effect heeft op de massa van de Aarde zodat de as zou kunnen kantelen. De sterkte van het magnetisch veld is daarvoor om maar wat te noemen veel te gering namelijk 25 tot 65 microtesla's (0.25 tot 0.65 gauss) aan het oppervlak.
 
Getijkrachten tussen de verschillende hemellichamen spelen in deze een veel grotere rol. Zo zorgen planeten rond een ster ervoor dat deze geen perfecte cirkel beweging maakt en zou de zelfde ster zonder planeten sneller geroteerd hebben rond zijn as.
 
Bovendien is de polariteit van dat veld geregeld verwisseld.
 
En de stand van de aardas veranderd wel maar dat komt door de zwaartekracht effecten.