广义相对论会影响气候吗(vs牛顿力学)

Question

这听起来可能是一个愚蠢的问题，但这里是。

广义相对论早期最伟大的成就之一，就是解释了牛顿力学所预测的水星的超前运动与其实际测量结果之间的差异。

我想知道这种效应是否会对正在经历这种现象的星球的气候产生影响。

Answer 1

简而言之:不。除非考虑数百万个时间尺度。

我们之所以继续教授牛顿力学，是因为它是一个非常精确的近似于更广义的理论(广义相对论)，在日常生活中发现的速度和重力加速度的制度。因此，地球系统中牛顿力学的所有相对论修正都可以忽略不计。两者都有，因为气候的内部运作和它的轨道参数在几十万年或更短的时间尺度上的演变。

其中一个影响是，附加进动对入射太阳能分布变化的影响很小Milankovic周期。但这可以被认为是微不足道的。

但也许最重要的贡献是几百万年时间尺度上地球轨道离心率变化的相对论修正的影响。

最先进的轨道解决方案的长期运动类似地球La2010，确实使用相对论修正，但是它们相当小。模型中包含修正的方式由萨哈和特里梅因(1994)，他们指出:

行星运动中的广义相对论效应的分数阶振幅为$\frac{k^2}{c^2 r} \sim 10^{-8}$ at $r = 1 \， \textbf{AU}$。

这意味着修正对应于轨道参数总变化的0.000001%。毫无疑问，即使是这样小的修正也会在数百万年的时间尺度上产生累积效应。瓦拉迪等。(2003)，比较了使用相对论修正的模型(实线)和不使用相对论修正的模型(虚线)的输出，下图显示了300万年的结果，其中可以观察到30万年后出现了显著差异。

然而，我们有理由认为，在过去的某一时刻，这种微小的修正会被其他一些无法解释的影响所抵消，比如大型陨石撞击(或飞掠)、太阳风暴等。记住La2010可以追溯到5000万年前其他的模型可以追溯到几十亿年前在美国，这类事件相当普遍。所以，我仍然认为相对论修正不是很重要。然而，在像地球气候这样的混沌系统中，你永远不能排除一个微不足道的强迫可能会产生重要影响。

当然，如果我们考虑一颗离超大质量恒星非常近的行星，答案就会有所不同(而且相对重要性更高)。但是，我假设你主要考虑的是在这方面与地球相似的行星。

也有一些人声称Damhsa理论)，引力波可能在地球的长期气候演变中发挥了作用。然而，我没有能力真正评估这种理论的有效性，但我不得不承认我对此持怀疑态度。我已经发布了有一个问题在物理学SE中，似乎有一个广泛的共识，即这种影响非常小，不值得任何考虑。

Answer 2

我所知道的最新立场是肯定的，但不是以任何有用的方式。

据我所知，目前流行的观点是地球的天气是一个混沌系统。众所周知，混沌系统对初始条件非常敏感。几个月后，大气层中只有几毫米大小的涡流可能会改变地球另一边是下雨还是下雨。

从这个概念，我们可以假设GR影响天气。然而，我们必须对从这个结论中得出的结论持谨慎态度。我相信冯·诺伊曼曾说过，当他第一次听说天气是一个混沌系统，对初始条件很敏感的时候，他就有了这样的想法，我们可能很快就能通过做一些小小的调整来控制天气。直到后来，他才终于理解了混沌理论:这种扰动就像把一张洗得很好的桌子再洗一次一样。它当然会改变你的运气，但你不可能知道它是好是坏。

所以对于你的问题，GR是否会任何效果，答案是肯定的。如果你要换个说法，问它是否有任何可测量的影响，可以用经验证据来检验，那么我将不得不听从卡米洛的回答。

Answer 3

我没有看到这一点，所以我把它加起来。在非常高的引力情况下，轨道能量可能会被“相对论”或更具体地说，重力波所抵消。正如@CamiloRada指出的那样，太阳引力对水星的主要相对论效应是它的进动增加在这里查看更多细节。

第二种相对论效应是轨道衰变，或螺旋进入。这是可以在中子星的紧密轨道上观测到或者黑洞。围绕一颗普通恒星的影响很小，但不为零。

这这篇文章给出了地球上这种影响的一些数字。

引力辐射的影响非常微妙和微弱。地球绕太阳公转时，由于这种辐射而失去能量，并向内旋转。但这个过程需要10^150年才能发生。

这段时间太长了。水星肯定会比地球受到更大的影响(我不会做数学，也许有人会提出)，但即使在水星的距离上，重力波和螺旋入的能量损失与其他影响相比也会缓慢到无关紧要的地步。

例如，我们的太阳在它的一生中变得越来越大，越来越亮。行星大气的变化，要么被剥离，要么在地球的情况下，受到光合作用和其他过程的影响，太阳在其一生中失去质量，这导致行星平均向外移动，尽管向内移动也被认为是可能的，行星可以影响彼此的轨道。这些气候变化很可能都比相对论的螺旋式上升要大得多。

为了获得最大的“螺旋入”效果，你可能需要一颗小恒星和一颗轨道非常紧凑的行星，只有几天的时间，但即使这样也可能太小，无法产生显著的影响，而一颗轨道比恒星旋转速度快的行星可能会经历一些潮汐力，将其向内吸引。潮水般的收缩可能会大得多。很难想象在一颗行星和一颗恒星之间，相对论性旋进会产生多大的影响。

现在一颗行星在一颗白矮星周围的超紧密轨道上…也许吧，但在你足够接近它进行任何可测量的有趣的相对论螺旋式旋转之前，这颗行星很可能在罗氏极限内被撕裂。

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关于岁差的一句话，岁差影响地球的气候，因为地球有一个以陆地为主的半球和一个以水为主的半球。岁差也与季节有关，导致冬天或夏天变暖或变冷。如果地轴倾斜较低，那么岁差就不会对行星的气候产生太大影响。水星的轴向倾斜很小，两个半球之间没有明显的变化，所以水星的岁差不太可能改变它的气候。当然不像它对地球的影响，比如开启或关闭冰河时代。

进动也主要是牛顿学说。就水星而言，相对论只是在进动率上增加了一两个百分点。