ガス巨人の長期的な運命は何ですか？

誤解しない限り、このように4つの外側の巨大ガス惑星に乱気流の天候が生じたのは、内部圧力が非常に高いために熱が発生し、それが対流を引き起こして極端な天候を引き起こしているためと考えられます。

これらの惑星は永遠に熱を発生するのでしょうか、それともいつか凍結するのでしょうか？

木星は今から1兆年のように見えるでしょうか？

gas-giants

— スコッティ
ソース

「trillion」のような言葉は混乱を招くので使用しないでください。en.wikipedia.org/wiki/Long_and_short_scalesと同じ意味ではありません。ギガイヤーなどの明確な科学用語を使用してください。

— 14

1兆年= 1000ギガ年。

— ロブジェフリーズ2016

回答:

木星が冷却するタイムスケールは、現在の世代の進化論モデルによって十分に理解され、予測されています。

木星の光度は、主に重力収縮によって提供されます。完全なガスの法則によって支配されるガスのみを含む惑星の場合、この収縮の適切なタイムスケール（または、実際に光度が大幅に低下する）は、ケルビンヘルムホルツタイムスケールによって与えられます。ここでとは木星の質量と半径、は現在の出力（または光度）であり、パラメーターです。このタイムスケールは、数年です。

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}

$10^{11}$

しかし、木星のような巨大な惑星は完全なガスの法則に支配されていません。木星の中心にあるガスは、電子が縮退するほど密度が高いです。縮退した電子は、フェルミエネルギーまでの利用可能なエネルギーレベルを満たします。その結果としての電子の非ゼロ運動量は、温度に依存しない縮退圧を発揮します。その結果、収縮の速度が遅くなり、重力ポテンシャルエネルギーの放出が遅くなります。惑星は冷却され、同じ程度の収縮なしに静水圧平衡に留まることができます。

この変更は、パラメータを使用して表現できます。Jupiter（Guillot＆Gautier 2014）の場合-明度がフェードするまでのタイムスケールは、単純なケルビンヘルムホルツ時間より30倍速く、ジュピターの明度は、その年齢の逆数としてスケーリングされ、係数によって低下します。年で数少ない。1兆年後には、木星の光度は現在の光度よりもおよそ250倍低くなります。 $\eta$ $\eta \simeq 0.03$ $10^{10}$

— ロブ・ジェフリーズ
ソース

私が知っていることから、熱は主にガスの巨人が作成されたときに生成されました。これの一部は内圧によって引き起こされた摩擦からでした。ただし、この熱は物質が惑星に落ちたときにのみ発生したため、もう生成されていません。

それらはおそらくコア内の放射性元素から熱を発生させ（誰もがダウンして何かが確認されたことはありませんが：P）、また太陽熱からの「ブースト」を受けます。

ただし、時間の経過とともに、各熱源は減少します。誕生からの潜熱は、放射線の形で宇宙に放散され、放射性元素は崩壊し、軌道を回っている星は消滅します。

ですから、木星は1兆年でその劇的な天候を失うでしょう。

— スーパーダボ
ソース

私は、太陽からの熱がこれらの巨大ガスに異常気象を引き起こすほど強力ではないこと、そして他の熱源が存在するに違いないことを常に知っていました。主要な理論は、コアでの極度の圧力がこれを引き起こすのに十分な熱を生成していたというものでした。しかし、私があなたの言っていることが理解できれば、それはもはや熱を生成しているのではなく、惑星の起源からの余った熱だけでしょうか？

— スコッティ

そうでなければ、それは永遠に熱を発生させることができ、それがそれを無限のエネルギー源にするであろうと私はそうは思いません。ただし、ガスジャイアントの残留エネルギーはかなり極端で、非常に長い間持続するはずです。これは、最終的に冷えて真っ黒な小人になる白い小人星の状況に似ています。

— Superdavo 2014年

木星は、ケルビンヘルムホルツプロセスを介して独自の熱を発生させることができます。熱を放射すると収縮し、重力ポテンシャルを熱に変換します。負の熱容量は、重力で拘束されたシステムの特性です。現在の木星固有の光度はなので、熱タイムスケールは現在の値を使用しているため、長期的な将来の兆候は不明です。しかし重要なのは、内部の発熱をそれほど早く解消できるかどうかがはっきりしないということです。

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 .

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

— Stan Liou 2014年

@StanLiouケルビンヘルムホルツタイムスケールは、（部分的な）縮退圧力によってサポートされているオブジェクトには適用できません。木星の収縮速度は遅くなっており、収縮によるエネルギーの生成が停止し、縮退圧によってサポートされるほぼ一定の半径で冷却されます。

— Rob Jeffries、2014

@RobJeffriesはい、そのため、現在の状況がジュピターの実際の長期的な将来をどの程度示しているかは不確かであると私は言ったのです。ただし、重要なのは、内部の発熱を詳細に分析せずに単純に明白であるかのように無視することは不適切であることです。

— Stan Liou、2014

「1兆」年後、木星の運命は、太陽が5億年後（5億年）にレッドジャイアントで変形するときの太陽の強さによって影響を受けます。

私たちの太陽はとても大きくて素晴らしいので、木星は今よりもはるかに熱くなります。しかし、質量が失われると、木星がより大きな軌道に向かって螺旋状になり、余分な質量を獲得します。

したがって、「1兆」年後には、木星はより大きく、より冷たく、より密集します（彼の回答でRob Jeffriesが指摘したように）、白い矮星の周りのより外側の惑星になります。

— 誘う
ソース

これは興味深い点です。しかし、1兆年（1E12）年後、最初の100億で起こったことはほとんど忘れられると思います。つまり、その後の進化は初期条件に非常に弱く依存します。太陽が巨大になると、せいぜい「時計をゼロにリセットする」でしょう。

— Rob Jeffries、2014