Formas realistas en que un planeta o una luna grande podrían tener períodos variables de día y noche

si hay una manera de hacer esto sin que la estrella del planeta sea obstruida por otro cuerpo, sería preferible.

Realmente no veo cómo, tbh. El problema es que incluso con una órbita muy elíptica, la rotación de tu planeta es siempre la misma. Una órbita muy elíptica sin duda le daría una amplia variación en las estaciones dependiendo de la distancia, pero su ciclo día/noche siempre estaría fijo con el período de rotación del planeta y nada de lo que haga con las órbitas puede cambiar eso.

Lo único que puede hacer para que el ciclo día/noche varíe así es desacoplarlo de la rotación del planeta, lo que significa que necesita una relación más compleja que simplemente "Planeta orbitando una estrella". "Planeta en órbita alrededor de un gigante gaseoso" podría funcionar bastante bien.

El escenario que me parece más plausible sería tener un planeta habitable orbitando un gigante gaseoso que tiene una inclinación axial dramática en relación con su trayectoria orbital alrededor de la estrella. Imagina tomar a Júpiter (o Saturno, si lo prefieres) e inclinar su eje de rotación (y el de sus lunas) 90 grados. Tendría dos puntos en la órbita del gigante gaseoso donde el eje de rotación apuntaría directamente a la estrella, y por lo tanto un hemisferio u otro del planeta satélite estaría recibiendo luz solar continuamente (llámelos solsticios). En dos puntos más de la órbita del gigante gaseoso, el eje de rotación sería paralelo a la órbita del gigante gaseoso, y tendrías un ciclo día/noche que está directamente relacionado con el período de rotación del planeta satélite.

Pasarías lentamente de una condición a la siguiente mientras el gigante gaseoso orbitaba alrededor de su estrella.

Como referencia, si asume los valores de Júpiter, un ciclo tomaría un poco menos de 12 años. Su luna satélite tendría un par de años de invierno ártico en el hemisferio norte, seguidos de cuatro años de transición a un verano de luz diurna continua, y luego el proceso se invierte.

Dependiendo de la proximidad al Gigante Gaseoso, su luna satélite podría tener un período orbital (y por lo tanto un ciclo día/noche) de entre 40 y 400 horas si desea mantenerla dentro del mismo tipo de distancia orbital que las lunas galileanas.

Esto es más o menos lo que sucede cuando tienes un planeta que orbita alrededor de una sola estrella en un sistema binario.

En la siguiente ilustración, supongamos que el planeta verde tiene un período de rotación de 96 horas.

En la posición #2, las estrellas se alinean y tienes un día de 96 horas.

En la posición #4, tiene dos horas del mediodía y 2 crepúsculos que le dan una especie de dos días de 48 horas. Si su planeta tiene una atmósfera que crea una dispersión de Rayleigh particularmente fuerte, si su especie solo puede ver en las longitudes de onda más reflejadas, o si simplemente tienen una mala visión en condiciones de poca luz, estos períodos crepusculares podrían parecerse a la noche.

Sin embargo, esto puede no ser exactamente lo que quieres. En las posiciones #1 y #3, tendrá un ciclo diurno extendido y un ciclo nocturno reducido; por lo tanto, la duración del día no se escalará de manera uniforme, sino que será una anomalía de una determinada época del año en la que obtiene 2 días aparentes por rotación.

Otra opción que encaja mejor en algunos aspectos pero peor en otros sería una luna bloqueada por mareas en una órbita irregular, no completamente verdadera. Esto puede darle las variaciones de duración del día de las que está hablando, pero estas órbitas son inestables. Ningún planeta o luna se formaría en una trayectoria así, pero si tienes un planeta enano o un asteroide grande que es arrastrado por la gravedad de un mundo más grande que pasa, su órbita inicial será errática y tomará mucho tiempo para para establecerse en una órbita estable. A medida que la órbita comienza a asentarse, comenzará a desarrollar un nivel cada vez mayor de previsibilidad, lo que significa que puede desarrollar un patrón de órbitas en el que algunas toman mucho más tiempo que otras, ya que en algunos casos pasa cerca y en otros se aleja.

En el tiempo geológico o evolutivo, esta sería una condición temporal, pero en el transcurso de la vida de una civilización, esto podría convertirse en todo lo que han conocido.

Una advertencia con este tipo de situación es que estas variaciones no tendrán nada que ver con la época del año. Podría tener varias "temporadas diurnas" en un año, o varios años en una "temporada diurna", solo dependiendo. Otra es que 48-96 horas es una órbita lunar bastante rápida. Su mejor apuesta para lograr este tipo de velocidad orbital es estar en una órbita relativamente cercana a un gigante gaseoso. A la distancia requerida, su planeta experimentaría fuerzas de marea de más de 10.000 veces las que tiene la luna en la Tierra. Es de esperar que el bloqueo de marea prevenga el peor de los daños que esto causaría de otro modo, pero dado que se encuentra en una órbita tan irracional, su bloqueo de marea no será perfecto; por lo tanto, es probable que el bamboleo de su luna en relación con la planta cause algunas mareas graves.

El mayor problema con el cambio de la duración del ciclo día-noche es que los planetas en rotación representan una gran cantidad de momento angular, y hacer cambios en eso generalmente implica que se deben hacer "cosas desagradables" en la superficie.

Una órbita altamente elíptica puede inducir una fuerte influencia estacional a escala global, a diferencia de la influencia estacional de la Tierra a escala hemisférica, pero en realidad no vas a impactar fácilmente tu ciclo día-noche con una. En cambio, tendrá días extremadamente calurosos [potencialmente peligrosos] en el extremo corto de su órbita, mientras que tendrá días extremadamente oscuros y fríos en el extremo largo de su órbita, pero el tiempo desde el amanecer hasta el amanecer sigue siendo el mismo promedio general.

La forma más fácil de cambiar la duración del día solar para la superficie de un planeta es desacoplar la superficie del núcleo e introducir mecanismos adicionales. En otras palabras, no lo convierta en un planeta, conviértalo en una máquina a escala planetaria .

Tu superficie no es solo la capa de roca fresca y crujiente que flota sobre un núcleo fundido que avanza lentamente hacia la eventual muerte por calor del universo, es el volante de una máquina gigante...

Exactamente lo que hace la máquina , o incluso quién la construyó, no es demasiado importante, al menos para cualquier civilización que pueda surgir en la superficie exterior de este "caparazón de moscas", y cuánto entienden de ella no es demasiado importante. a la propia máquina. Todo lo que realmente debemos preocuparnos es que transfiera impulso de un lado a otro entre su caparazón y su núcleo mientras sigue un proceso constante en un horario regular.

Los que están en la superficie pueden observar algunos efectos extraños más allá del cambio de la duración del ciclo día-noche, y posiblemente algunas emisiones electromagnéticas, pero nuestra máquina puede funcionar alegremente durante eones mientras los científicos en la superficie debaten la naturaleza y la estructura de lo que está oculto. dentro de su 'planeta'.

[Tal vez parte de la construcción de nuestro mundo es que alguna persona o grupo de personas demasiado inteligente sospecha que tal vez hay más en el planeta que roca fundida, o tal vez todos simplemente se encogen de hombros y continúan con sus vidas con relojes más elegantes y la mentalidad de "Bueno así son las cosas..." con leves sospechas de que es un poco raro.]

Si el planeta-máquina es un dispositivo intergaláctico del día del juicio final o simplemente una chuchería de feria de ciencias de grado reprobado de una civilización hiper avanzada es mucho menos importante para nosotros que el hecho de que la capa exterior intercambia impulso angular de un lado a otro de forma regular...

Otras opciones 'ligeramente' más plausibles pueden implicar volverse extraño con el material y la estructura del núcleo del planeta [Y, por lo tanto, tener que aguantar a algunos miembros de la comunidad que levantan un escándalo acerca de que el planeta ya no cuenta como un planeta según la IAU...] tal que sus propiedades rotacionales no son del todo estables.

[Mientras que la probabilidad de muchas sugerencias en varias respuestas puede acercarse fuertemente a cero en nuestro universo real, no tenemos que conformarnos con realidades tan aburridas en la Ficción...]

Varios factores pueden cambiar el ciclo de día de su muy complicado planeta a lo largo del año. Todo esto requiere que su planeta tenga un área de masa cambiante y, para su caso particular, un área de masa muy grande. Venus tiene un día de duración variable por 7 minutos, y parte de la explicación es que las montañas detienen el flujo de nubes (la masa deja de girar). Eso solo cuenta por 2 minutos, el resto es un misterio.

Frenado dinámico de la magnetosfera :

El núcleo de su planeta es hierro fundido con un ciclo único que se repite cada año. Este planeta es un gran imán como el mercurio que genera una magnetosfera a partir de los vientos solares.

Lo que hace que su sistema sea aún más complejo es el planeta hermano que lo orbita (o una luna muy ferrosa), que extrae parte del flujo magnético durante ciertas partes del año, lo que cambia la forma de la magnetosfera. La magnetosfera y el núcleo del planeta forman un motor que acelera y desacelera el planeta a lo largo del año.

Además, el núcleo líquido del planeta gira a un ritmo diferente al de la corteza. Tanto el núcleo como la corteza son fuertemente ferromagnéticos y contribuyen a la acción del motor.

El momento de todo este material que fluye, las órbitas binarias y los vientos solares es más que milagroso, pero su existencia no está más allá de lo que es físicamente posible.

Los cálculos para un sistema como este están más allá de lo que entendemos hoy. La respuesta: imanes.

Definí "bastante habitable" simplemente significando que tiene una órbita algo constante. Y gran parte de la superficie del planeta normalmente se estaría desgarrando, por lo que necesitará una nueva pregunta para ver si es posible controlar la actividad tectónica en un planeta así, con algún tipo de manto inferior líquido increíblemente suave y uniforme. La gravedad de un planeta hermano o una luna hace que esto sea aún más problemático.

Su planeta/luna es pequeño, por lo que no se ha convertido en una esfera. es grumoso Como tal, bajo la influencia gravitacional de otros cuerpos celestes, su rotación es caótica. Si bien el momento angular del mundo es constante, su eje de rotación cambia constantemente, al igual que su momento de inercia y, por lo tanto, la duración del día.

Hay varias lunas en el sistema solar que funcionan así. La rotación de Hyperion es tan caótica que la NASA no pudo programar de manera confiable los pases de la sonda Cassini para escanear nuevas áreas de la superficie. Nyx, la luna de Plutón, puede tener días en los que el sol sale por el este y se pone por el norte.

Probablemente no sea posible predecir la duración de los días para todos los tiempos, pero sería creíble poder pronosticar algunos años.

Oscilación de oblicuidad

No todos los días en la Tierra son iguales. Los días son más largos en verano y más cortos en invierno. La razón de esto es simple: la Tierra gira sobre un eje que tiene un promedio de 23,4 grados. La medida de este eje es la diferencia entre el plano de rotación de la Tierra alrededor del Sol y la rotación de la Tierra. Esto se llama oblicuidad.

Y la oblicuidad oscila. No mucho en la Tierra, y muy gradualmente, una cantidad muy pequeña hasta el punto de que apenas lo notas. Esto se debe a que ha sido estabilizado, entre otras cosas, por la luna. Pero podría ser mucho mayor y suceder más rápido. Si lo hace, entonces es posible que las ubicaciones en dicho planeta se coloquen por encima o por debajo de la inclinación y, por lo tanto, actúen como lo haría el círculo polar ártico: días de luz solar, luego días de oscuridad, y cuando la oscilación de la oblicuidad no lo atrae. y efectuarlo, días normales.

Por supuesto, hay problemas. Esto solo afectaría a ciertas áreas del planeta, sería difícil llegar al ecuador, una oblicuidad desestabilizada causaría estragos en el clima y se necesitarían cálculos de pesadilla para descubrir cómo podría funcionar exactamente. Pero es un pensamiento.

Hiperión, la luna de Saturno, no tiene una duración del día ni una dirección de rotación predecibles

Hyperion, una de las lunas de Saturno, cumple con algunos de sus requisitos. Pero tiene una serie de factores extraños. Consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Hyperion_(moon) y https://www.space.com/20770-hyperion-moon.html .

Forma alargada, por lo que los extremos quedan mucho más alejados del centro que las tierras bajas. Baja masa, de modo que una catapulta podría lanzarte, especialmente si comenzaste en uno de los extremos. Composición muy extraña, probablemente hielo de agua y materia orgánica, con un porcentaje muy alto de espacios de burbujas vacíos, como espuma de poliestireno. Órbita alargada alrededor de Saturno, sincronizada con la luna más grande Titán. Fuerte carga eléctrica.

Tenga en cuenta que la órbita es estable en una relación de 3:4 con la luna más grande, Titán. Entonces, su posición en el espacio está bien predicha, pero la orientación no.

Puedes lograr lo que quieras con Axial Precession . Esto realmente sucede aquí en la Tierra, aunque a un ritmo muy lento (26.000 años por una rotación, se cree que esto es un factor que contribuye a las glaciaciones aquí).

Si su planeta o luna tuvieran una precesión axial más rápida y errática (digamos a razón de 1 o 2 por año o 1 cada 2 años, con un gran ángulo de inclinación), o incluso mejor: múltiples (3 o más) ejes de rotación podría tener duraciones de día/noche muy variables. Esto también conduciría a una temporada muy errática.

Algo así, aunque menos extremo, podría ser posible con una órbita bastante excéntrica.

Digamos que la excentricidad es 1/3, lo que significa que el afelio (la distancia más lejana del sol) es el doble del perihelio (la distancia más cercana). De las Leyes de Kepler tenemos que la velocidad orbital en el perihelio es el doble que en el afelio.

Como aproximación, supongamos que la velocidad orbital es igual a la velocidad del perihelio para todo el cuarto de órbita más cercano al sol (que es bastante cercano a la verdad) y digamos que este cuarto de órbita corresponde al día más largo, desde el amanecer a la puesta del sol, o 48 horas. Entonces, el planeta debe hacer las tres cuartas partes de una rotación completa durante este cuarto de órbita, lo que significa que el período de rotación del planeta es de 64 horas.

En el afelio, el planeta necesitaría aproximadamente 96 horas para completar un cuarto de órbita (nuevamente como una primera aproximación cercana). Esta es una rotación y media correspondiente a un ciclo de día y noche y cuarto. Por lo tanto, un día tiene aproximadamente 38,4 horas.

Esto es menos extremo de lo que pides, pero una órbita más excéntrica implicaría diferencias de temperatura aún más extremas que aquí, donde el planeta recibe una cuarta parte de la luz solar en el afelio que en el perihelio. Una atmósfera muy densa podría compensar esto, pero no mucho más.

Otra cosa es que el período orbital total del planeta aquí es de solo 288 horas, o 12 días terrestres. Esto implica un sol muy frío, probablemente una enana roja. Si no quieres eso, esta no es la solución para ti.