¿Podría tener un planeta similar a la Tierra desde el cual el sol y la luna nunca serían visibles simultáneamente?

Disminuye el brillo de tu luna y hazla invisible durante el día.

Al oscurecer la superficie de su luna, reduce su brillo debido al reflejo de la luz (albedo). Cúbralo con campos de lava negra o piedras oscuras. Si está lo suficientemente oscuro, tu luna solo debería ser visible durante la noche o el crepúsculo.

Puedes darle a tu luna la misma magnitud aparente de objetos que aparece después de la puesta del sol. En la Tierra, el cielo crepuscular permite la visibilidad de objetos con magnitudes de -2,5 a +4,5.

-2,5 es también la magnitud aparente de la luna nueva, invisible durante el día. Incluso si no podemos verla, la luna nueva no es totalmente oscura ya que refleja la luz de la tierra. Pero está oculto por el brillo de nuestra atmósfera. Un objeto de similar magnitud sería visible durante la noche.

Según el Manual de astronomía práctica (p. 402, 403), durante un eclipse lunar total, la magnitud de la Luna es -2 cuando el cielo está despejado, y la totalidad es bastante clara y aún visible. Su luna llena debería verse similar en brillo, excepto que no tendrá el color rojo/marrón de nuestra Luna (debido al eclipse), sino que debería ser gris oscuro.

Entonces, podemos imaginarnos tener una luna negra con un albedo muy bajo, que refleja un porcentaje muy pequeño de la luz solar, y que debería ser invisible desde el amanecer hasta el atardecer. Por supuesto, durante la noche no será tan brillante como nuestra propia luna, y se verá más "grisácea" que blanca... Pero si es tan grande como nuestra luna, debería ser fácil detectarla de todos modos.

Con una luna así, tus noches deberían ser bastante oscuras, incluso durante la luna llena. Puede que no veas tu propia sombra. El comportamiento de los animales/insectos nocturnos también debería ser diferente, porque la luz de la luna no será tan brillante como la que conocemos en la Tierra.

De hecho, hay una manera de hacer que esto suceda, pero se hace siguiendo la letra de la solicitud en lugar del espíritu: tener una luna grande y de baja densidad que se asiente en el punto L1 del planeta (el punto Lagrangiano entre el planeta y el sol). ) Si la luna es lo suficientemente grande y estable, el sol siempre está en eclipse y dado que el sol no se puede ver en ninguna parte del planeta, también es cierto que en ninguna parte del planeta se pueden ver tanto el sol como la luna.

(Eso es un poco de leyes de reglas, y de todos modos no funcionaría por mucho tiempo ya que el punto L1 no es estable (es metaestable). Además, no estoy seguro de qué harías que la luna sea lo suficientemente grande y lo suficientemente ligero.)

Tomando lo que creo que es el espíritu de la pregunta, con el sol y la luna visibles en alguna parte del planeta, te acercas más con la luna sentada en el punto L2 del planeta que la mantendrá frente al sol en el cielo. . Desafortunadamente, eso también es solo metaestable. Además, dado que el planeta tiene una atmósfera, habrá una delgada banda alrededor del mundo a mitad de camino entre el punto subsolar y el punto sublunar donde la curvatura atmosférica probablemente hace que el borde del sol y el borde de la luna sean visibles.

¿Es necesaria una luna grande para estabilizar la inclinación axial de un planeta similar a la Tierra y mantenerlo habitable?

Este artículo sugiere que la falta de una luna grande no haría que un planeta fuera inhabitable:

https://www.npr.org/2011/11/18/142512088/is-a-moon-necessary-for-a-planet-to-support-life 1

Este artículo sugiere que las mareas súper altas cuando la Luna estaba mucho más cerca de la Tierra pueden haber causado que la vida evolucionara en vastas planicies de marea. Por lo tanto, una gran luna cercana podría haber sido necesaria para que apareciera la vida.

https://www.scientificamerican.com/article/moon-life-tides/ 2

Este artículo también sugiere que la Luna temprana inició la tectónica de placas y que la tectónica de placas puede ser necesaria para la vida en la Tierra.

https://phys.org/news/2015-11-moon-life.html 3

Entonces, una luna grande y cercana al principio de la vida de un planeta puede o no haber sido necesaria para que el planeta sea habitable y para que se forme la vida. Y una luna grande mucho más lejos, miles de millones de años después, puede o no ser necesaria para que el planeta tenga un clima lo suficientemente estable para la vida.

Así que dirija su atención a la atmósfera del planeta por un momento.

La atmósfera de la Tierra dispersa la luz solar haciendo que parezca venir de todas las direcciones y haciendo que el cielo parezca azul. Un objeto tiene que ser más brillante que el brillo de fondo del cielo para ser visible a plena luz del día. Y durante el crepúsculo tiene que ser más brillante que el fondo del cielo crepuscular para ser visible.

En la escala de magnitud aparente, los números más bajos significan una mayor magnitud aparente. Se dice que los objetos visibles cuando el Sol está a menos de 10 grados sobre el horizonte deben tener una magnitud aparente de -2,5, mientras que los objetos más débiles visibles mientras el Sol está alto en el cielo deben tener una magnitud aparente de -4,0. . La magnitud aparente de la Luna varía desde -12,90 cuando está llena hasta -2,50 cuando es nueva.

https://en.wikipedia.org/wiki/Magnitud_aparente 4

Dado que la luna nueva se ve cuando está muy cerca del sol en el cielo, nunca debería ser visible a menos que el Sol esté a punto de ponerse o ya se haya puesto, por lo que casi nunca debería ser visible cuando el Sol está. La luna llena mucho más brillante siempre debe estar en dirección opuesta al Sol y, por lo tanto, solo se puede ver de noche.

Entonces, si el cielo dispersa suficiente luz para volverse unas magnitudes más brillantes, su luz dispersa debería ser suficiente para ahogar la luz de la luna y hacerla invisible. ¿Derecho?

Recuerdo que una tarde estaba cerca del Convention Hall, en el paseo marítimo de Cape May, Nueva Jersey, y vi lo que parecía ser una luna llena, por lo que pude ver a simple vista, elevándose sobre el Océano Atlántico.

Y luego pensé que una Luna llena debería estar a casi 180 grados del Sol. Pero estaba viendo una Luna llena, lo suficientemente cerca de la luna llena que no pude ver la diferencia, no en el cielo nocturno, ni siquiera en el crepúsculo, sino en la tarde a plena luz del día con el cielo azul.

Así que me di la vuelta y miré hacia atrás, y había un Sol poniente rojo bajo en el cielo, opuesto a la Luna. Debido a que la Tierra es una esfera, y no plana, el suelo se desvanece en la distancia y, a veces, se pueden ver objetos a más de 90 grados por debajo del cenit del cielo. Y la refracción de la atmósfera hace que los objetos cerca del horizonte parezcan estar varios grados más altos. Así pude ver juntos el Sol y una Luna aparentemente llena en el cielo.

¡Pero hay más!

Una vez estaba en un lugar bajo, rodeado de colinas, edificios y árboles, con mucho menos que un hemisferio completo del cielo visible, alrededor de las 9 o 10 de la mañana. Y vi la luna, y parecía redonda y llena hasta donde yo podía ver. Y, por supuesto, el Sol también era visible. Y parecía que el Sol y la Luna estaban a menos de 180 grados de distancia, a pesar de que la Luna se veía llena por lo que pude ver. Y si la Luna estaba lo suficientemente cerca de la luna llena como para parecerme llena, su magnitud aparente probablemente estaba cerca de -12,50.

Entonces, el problema es aumentar la dispersión de la luz de la atmósfera de su planeta lo suficiente como para aumentar el brillo del cielo para que la magnitud aparente de la luna llena de su planeta se reduzca en unas 8 magnitudes cuando el Sol está alto y se reduzca en unas 10. magnitudes cuando el Sol está bajo en el cielo.

Por lo tanto, es posible que necesite un experto atmosférico para calcular la cantidad de vapor de agua, polvo, diversos gases, etc. que debe agregar a la atmósfera de su planeta para que la luna llena de su planeta sea invisible en el cielo diurno, y si esa atmósfera seguirá siendo respirable. .

Y puedes hacer que la luna de tu planeta sea un poco más tenue, lo que ayudaría un poco. Dado que no sabemos con certeza qué tan importante es una luna grande para la habitabilidad planetaria, podrías decidir hacer la luna del planeta mucho más pequeña que la Luna de la Tierra, o podrías tener miedo de hacerla mucho más pequeña que la Luna de la Tierra.

Pero debería poder reducir la masa de la luna del planeta para que sea considerablemente menor que la de la luna de la Tierra. Luego aumente la densidad promedio de la luna del planeta para que la misma masa pueda estar dentro de un volumen más pequeño. Esos dos efectos deberían hacer que la luna del planeta sea significativamente más pequeña que la Luna de la Tierra y, por lo tanto, se vería mucho más pequeña y más tenue a la misma distancia que la Luna de la Tierra.

Y puedes reducir el albedo de la luna del planeta, la cantidad de luz que refleja, para atenuarla. Desafortunadamente, la Luna de la Tierra ya tiene un albedo promedio bajo de 0.137. Los objetos oscuros del sistema solar, como los cometas y los asteroides, tienen albedos de hasta 0,05 y 0,05. Esto puede reducir significativamente el brillo aparente de la luna de tu planeta.

Cuando la Luna es nueva y está cerca del Sol en el cielo, el lado visible de la Luna está casi totalmente en la sombra. Pero la luz del sol reflejada desde la Tierra, y por lo tanto convirtiéndose en luz de la Tierra, ilumina un poco a la Luna y la hace un poco más brillante cuando es nueva. El albedo de la Tierra es de aproximadamente 0,30 a 0,35.

Disminuir el albedo de su planeta disminuiría la cantidad de luz que el planeta refleja en su luna cuando la luna es nueva y, por lo tanto, hará que la luna sea un poco más oscura cuando sea nueva. También significaría que el planeta podría estar un poco más lejos de su sol y tener la misma temperatura que la Tierra. Por lo tanto, habría menos luz solar para que la luna del planeta la refleje hacia el planeta, lo que haría que la luna se oscureciera.

No estoy seguro de qué tan bien encajaría la disminución del albedo del planeta con hacer que la atmósfera se disperse más y oscurezca la luz de la luna durante el día. Entonces, los cambios en la atmósfera y en la luna del planeta podrían hacer que la luna del planeta sea visible en el cielo nocturno e invisible en el cielo diurno e incluso al atardecer.

Entonces, hacer que la luna del planeta sea menos brillante y hacer que la atmósfera del planeta oscurezca más la luna podría ser suficiente para hacer que la luna del planeta sea visible durante la noche e invisible durante el día.

Las respuestas anteriores tocan muchas de las razones por las que es difícil lograr este arreglo orbital en particular. Creo que puedo acercarme, pero no del todo, a lograr el arreglo sin nada más allá de la mecánica orbital, así que dejaré esto aquí tal vez como inspiración para seguir trabajando.

Primer intento - Órbita de bloqueo de mareas al planeta

Mi primera conjetura fue fijar la marea entre la Tierra y la Luna, de modo que el período orbital de la Luna alrededor de la Tierra fuera igual a la órbita de rotación de la Tierra. Esto logra el arreglo deseado, pero solo para la mitad del planeta. La mitad del planeta nunca ve la Luna (por lo que nunca pueden ver el Sol y la Luna juntos, pero desafortunadamente la otra mitad siempre ve la Luna.

Segundo intento: ralentizar el período orbital de la Luna

Bien, eso no funcionó, pero podría haber otra manera. ¿Qué pasa si disminuimos la velocidad de la órbita de la Luna cada vez más (por supuesto, al mismo tiempo que la alejamos de la Tierra)? La Luna tarda aproximadamente 1 mes en dar la vuelta a la Tierra, pero ¿qué pasaría si hiciéramos esto más y más largo hasta que la Luna tardara aproximadamente un año en dar la vuelta a la Tierra?

Primero, veamos qué sucede con las estrellas de fondo cuando la Tierra orbita alrededor del Sol. El 20 de junio (solsticio de verano) a la medianoche en el ecuador vemos un conjunto específico de estrellas correspondiente a la mitad del cielo. Las estrellas que podemos ver a medianoche cambian muy lentamente debido a la órbita de la Tierra alrededor del Sol hasta que, el 21 de diciembre (solsticio de invierno) a medianoche, ya no podemos ver ninguna de esas estrellas. En cambio, vemos la mitad del cielo nocturno que no pudimos ver en junio. Este cielo nocturno visible sigue cambiando hasta que, el 20 de junio del año siguiente, volvemos al mismo cielo nocturno que vimos el 20 de junio anterior. Así es como definimos una órbita completa alrededor del Sol.

Así que ahora consideremos un marco de referencia con la Tierra en el centro; estamos ignorando el sol por ahora y enfocándonos solo en la Tierra. La Tierra está girando, pero también podemos ignorar esto por ahora, ya que no es importante. El cielo nocturno del solsticio de invierno está a la izquierda y el cielo nocturno del solsticio de verano está a la derecha. De aquí en adelante llamaremos a las estrellas del cielo nocturno del solsticio de verano, Estrellas Distantes. Coloca la luna en el centro del cielo del solsticio de invierno, a la izquierda de la Tierra y déjala orbitar. Tenemos la configuración, Luna, Tierra, Estrellas Distantes. En 6 meses la luna ha movido el centro del cielo del solsticio de verano, es decir, la configuración ahora es Tierra, Luna, Estrellas Distantes. En otros 6 meses, la luna ha regresado al centro del cielo del solsticio de invierno, de vuelta a la Luna, la Tierra, las estrellas distantes. ¡Pero la Tierra gira alrededor del Sol!

Ahora vamos a poner nuestros dos escenarios juntos. Para ayudar en la visualización, he incluido la siguiente imagen.

En esta imagen, el cielo del solsticio de invierno está nuevamente a la izquierda y el cielo del solsticio de verano (Estrellas Distantes) está a la derecha. Sabemos cómo cambian la Luna, la Tierra y las estrellas distantes durante un año, por lo que podemos usar esta imagen para ayudar a agregar el Sol. El día 1 (en la imagen) el orden es Luna, Tierra, Sol, estrellas de medianoche del solsticio de verano . 6 meses después, sabemos que la Luna debe estar entre la Tierra y las estrellas distantes, pero la Tierra ahora también está del otro lado del Sol, y tenemos el orden Sol, Tierra, Luna, Estrellas distantes. ¡En ambos casos la Luna está opuesta al Sol! ¡Y si lo pensamos un poco más nos damos cuenta de que la Luna siempre está opuesta al Sol!

Para ver cómo se movió la Luna en un solo día, podemos volver a la imagen. Si continúas la línea desde el punto del Sol hasta la Tierra, más allá de la Tierra puedes colocar allí la Luna. Puede ver que la Luna sigue girando alrededor de la Tierra, con respecto a las estrellas distantes, pero lo hace a un ritmo tan lento que la cantidad de rotaciones alrededor de la Tierra coincide exactamente con la cantidad que la Tierra ha girado alrededor del Sol.

Por desgracia, Houston, tenemos un problema

En teoría, puede obtener el arreglo deseado al reducir la velocidad de la órbita de la Luna a 1 año, como he demostrado. Sin embargo, hay algunos problemas. Debido a la Tercera Ley de Kepler, la Luna está ahora aproximadamente 5,6 veces más lejos que antes. Es probable que la Tierra no pueda retener a la Luna tan lejos, dados los efectos gravitatorios de los otros planetas o del Sol. Incluso si la Tierra puede mantener un control sobre la Luna, a esas distancias, el efecto de la gravedad de la Tierra en comparación con la gravedad del Sol puede ser lo suficientemente cercano en magnitud, ¡es posible que deba tratar esto como un problema completo de 3 cuerpos! Esto significa que no podemos usar las Leyes de Kepler o suposiciones simples como tratar a la Luna y la Tierra como un solo problema de 2 cuerpos, y luego al Sol y la Luna+Tierra como un problema separado de 2 cuerpos.

Disculpas si esto es un poco apresurado, si hay preguntas puedo volver a elaborar y tal vez trabajar en algunas matemáticas más.

Si el planeta es lo suficientemente masivo y su período orbital alrededor de su estrella lo suficientemente corto, entonces puede ser posible. Si la luna está orbitando alrededor del planeta en el mismo grado que el planeta alrededor del sol, y el período orbital de la luna duró exactamente un año, entonces sería plausible que los cuerpos se eclipsaran permanentemente (teóricamente), sin embargo, en la práctica, en realidad no es estable porque no hay nada que controle a la luna. Pero nunca se sabe; nuestra luna tiene casi exactamente el mismo tamaño aparente que el Sol, lo que permite un eclipse solar muy frío, y eso es completamente casual. Si bien tal vez sea improbable, es ciertamente posible que la Luna pueda permanecer en ese estado durante bastante tiempo en estas circunstancias.

EDITAR: acabo de ver sus ediciones que mencionan que el planeta es similar en gravedad y período orbital a la Tierra, por lo que esto no funcionará para sus propósitos.

Creo que la respuesta es directamente no. Para que la Luna esté constantemente en el lado opuesto de la Tierra al Sol, no podría estar en órbita alrededor de la Tierra. tendría que ser

1. en órbita alrededor del Sol,
2. pero más lejos con un radio orbital mayor (estar al otro lado de la Tierra), y
3. tendría que tener la misma velocidad angular girando alrededor del Sol para permanecer en el lado opuesto de la Tierra.

Todo se desmorona en el tercer elemento. Puedes usar la Tercera Ley de Kepler para calcular los periodos orbitales , y es imposible tener el mismo periodo y diferentes radios.

Puedes poner la Luna en una órbita similar a la de Molniya . Una órbita de Molniya es una órbita terrestre muy excéntrica que gira con el sol. Una Luna pequeña puede tener una órbita excéntrica que la mantenga en el lado diurno del planeta en el apogeo (por lo tanto invisible debido a la distancia y presencia del Sol) para volar por el lado nocturno en el perigeo.

Sin embargo, hay un par de advertencias:

• Para sincronizar esa órbita con el Sol, también se necesita la Luna real. Por lo tanto, ese satélite no será "la Luna", sino solo un satélite menor.
• Todavía puede ser posible ver el Sol y ese satélite al amanecer o al atardecer.