¿Puede la inclinación axial de un planeta girar para estar siempre frente a su estrella?

Probablemente no, porque el planeta tendría que estar demasiado cerca de su estrella o su luna tendría que estar demasiado cerca del planeta.

Tomemos la Tierra como ejemplo.

El simple cálculo de precesión de primer orden , ignorando por el momento el efecto de la Luna, muestra que la tasa de precesión depende de la masa de la estrella y del semieje orbital mayor.$a$a la tercera potencia menos ($a^{-3}$). El período de precesión que tendría la Tierra si solo importara el Sol sería de unos 40.000 años. La única forma factible de aumentar la tasa de precesión es reducir$a$acercando la Tierra al Sol. ("¿Pero esto no hará que la Tierra sea más caliente?" Te escucho preguntar. Sí, lo hará). Reducir la órbita de la Tierra por un factor de 34 debería hacerlo ($34^{3} \approx 39,000$), ¡excepto que ahora la órbita es tan pequeña que el año de la Tierra dura solo 2,2 días! Así que tenemos que acercar aún más la Tierra....

Hay , en principio, un punto mágico donde la tasa de precesión = período orbital, porque la tasa de precesión aumenta con$a^{-3}$, mientras que el período orbital disminuye con$a^{-1.5}$. Usando la fórmula simple, se igualan si reduce la órbita de la Tierra a aproximadamente 1/1200 de su tamaño original. Sin embargo, en este punto, el "año" de la Tierra dura solo unos 12 minutos y medio. Además, la Tierra está muy adentro del Sol, solo alrededor del 20% del camino desde el centro hasta la superficie del Sol, por lo que las aproximaciones simples que hemos estado usando ya no son válidas. (Y hace mucho, mucho calor.)

En realidad, la Luna también contribuye a la precesión, y su contribución puede amplificarse acercando la Luna a la Tierra, lo que no tiene el problema de reducir simultáneamente la duración del año terrestre. Entonces, si mueve la Luna unas 34 veces más cerca, en principio podría aumentar la tasa de precesión debido a la Luna a aproximadamente una vez por año. Esto pondría a la Luna apenas fuera de su lóbulo de Roche, por lo que probablemente no se rompería (a menos que su interior estuviera fundido, y entonces tal vez lo haría). Por supuesto, tener algo como la Luna tan cerca significaría enormes mareas, que frenarían la rotación de la Tierra (y harían que la Luna se moviera hacia afuera); una situación más estable tendría la rotación de la Tierra bloqueada por las mareas en la órbita de la Luna, por lo que la Luna nunca se movería en el cielo vista desde la Tierra, y el día duraría unas 3 horas y media. Pero hacer que la Tierra gire más rápidoreducir la tasa de precesión (que es proporcional a$1/\omega$, dónde$\omega$es la velocidad de rotación de la Tierra), por lo que tendrías que acercar aún más la Luna... Al final, no creo que puedas evitar tener la Luna tan cerca que sea desgarrada por las fuerzas de las mareas. Lo cual sería una pena, a menos que te gusten los anillos.

Claro que puede, pero rápidamente (geológicamente hablando) evaporaría el planeta, necesitaría alrededor de 1.4 * 10 ^ 27 Nm de torque anualmente para que el eje de rotación tenga una precesión de 360 ​​​​grados por año, que es lo que está pidiendo , eso va a producir 1.4*10^27j de calor residual. Para poner eso en perspectiva, un megatón es 4.18 * 10 ^ 15j, por lo que obtiene el equivalente a 291,666,666,666 millones de toneladas de TNT de calor residual anualmente (es casi exactamente el 0.1% de la producción constante total del sol). La Tierra pesa 5,97*10^24 kg, por lo que son 234,5 j por kilogramo por año para todo el planeta desde el núcleo hasta la exosfera, eso calentará todo el planeta aproximadamente 0,25 K al año cada año, derretirás todo el planeta dentro de 6800 años. y evaporarlo en masadespués de sólo 11800 años. Eso suponiendo que se parte de un trozo completamente sólido de sílice pura que no es la Tierra, llevará mucho menos tiempo vaporizar un mundo similar a la Tierra.

Parece claro a partir de las otras respuestas que si la inclinación axial del planeta no fuera cero, entonces sería bastante difícil lograr lo que está buscando.

Me gustaría saber si es posible que la inclinación sea siempre la misma en relación con el centro de masa de la estrella.

Bueno, podrías hacer que el planeta tenga una inclinación axial de cero grados. En ese caso, la "inclinación" sería siempre la misma con respecto a la estrella. Por supuesto, esto no crearía algunas de las posibilidades que quería explorar:

como los días y noches perpetuos en los polos

Sin embargo, la ausencia de inclinación axial (y, en consecuencia, de estaciones) daría lugar a otros fenómenos peculiares que podrían interesarle. ¿ Qué pasaría si un planeta similar a la Tierra no tuviera inclinación axial?

No, no puede.

Significaría cambiar en el transcurso de un solo año el momento de rotación de todo el planeta haciéndolo girar alrededor de una vuelta completa.

Para decirlo de otra manera: sería tener una precesión Axial completa en un año (en lugar de los 25.765 años estándar).

La precesión axial se debe a la forma de la Tierra "aplanada" debido a la rotación y sería más rápida para los planetas que giran más rápido; no sería posible tenerlo tan corto como un solo año porque el planeta se desintegraría primero.

Sí tu puedes. Mientras que la precesión de la inclinación axial de la Tierra es de 26.000 años, el SOI del Sol tiene un radio de casi un año luz. Incluso usando solo el componente de precesión de la luna, sería fácilmente posible colocar un planeta y una luna del tamaño de la tierra lo suficientemente lejos como para lograr esto.

Por supuesto, terminas con una bola de hielo oscuro de un mundo de esta manera.

¿Está dispuesto a tener un sistema circumbinario donde el período orbital del planeta sea similar al de Saturno (30 años)? Entonces, observablemente, sí.

Kepler-413b está en un sistema estelar binario, en órbita circumbinaria. La inclinación de su eje cambia hasta 30 grados cada 11 años. Recibe entre 1,7 y 3,8 veces el flujo estelar que recibimos en la Tierra, por lo que hace un poco de calor. Si pudiera moverlo 1,4 veces más lejos, el flujo sería de 0,85 a 1,9 veces aquí, por lo que tal vez se pueda sobrevivir sustancialmente lejos del ecuador. La inclinación axial, la precesión orbital y la inclinación orbital parecen estar cambiando de una manera impredecible actualmente. Esto puede deberse a actores gravitacionales adicionales en la vecindad estelar (planetas o estrellas). Pero, si es útil, permite que la rápida precesión axial sea

• arreglado si no tiene actores adicionales y tiene órbitas estrella-estrella y planeta-estrella sincronizadas,
• interrumpido por pequeñas cantidades aleatorias debido a actores adicionales: planetas o estrellas pequeñas/lejanas, y/o
• interrumpido en grandes cantidades por un gran actor que se encuentra en una órbita muy excéntrica alrededor del CoM.

Editar (detalles de las referencias):

• " La inclinación del eje de giro del planeta puede variar hasta 30 grados en 11 años ",
• " Además, la CBP experimenta estados similares a los de Cassini bajo la influencia de la EB, en los que la oblicuidad del planeta tiene una precesión a una velocidad comparable a su precesión orbital ['de ~4000 días']". y repitieron en su papel ,
• la errata: " el polo de precesión de espín del planeta [...] oscila a la frecuencia de precesión orbital de 11 años " proponen una posible precesión de oblicuidad adicional "alrededor del eje binario con un período de ~300 años".