Gibt es eine Möglichkeit für eine permanente Mondfinsternis oder ein anderes Objekt, sich immer im Schatten der Erde zu befinden?

Es ist nicht möglich, dass sich ein Objekt dauerhaft im Schatten der Erde befindet – obwohl es sich im Halbschatten namens Penumbra befinden könnte, erstreckt sich der Vollschatten (Umbra) nicht so weit. Es gibt einen speziellen Ort namens L2-Lagrange-Punkt , der es einem Objekt ermöglicht, die Erde mit etwa der gleichen Geschwindigkeit zu umkreisen wie die Erde um die Sonne - und somit immer an der gleichen relativen Stelle in Bezug auf den Schatten bleibt.

L2 ist jedoch kein superstabiler Punkt, um ihn zu umkreisen, und daher neigen Objekte dazu, wegzufallen. Dies ist jedoch kein Problem für künstliche Satelliten, und das James-Webb-Weltraumteleskop wird nach seinem Start diesen konstanten Halbschatten nutzen, um bessere Himmelsbeobachtungen zu machen.

So:

1. Ja, es ist möglich, wenn auch unwahrscheinlich. Dieser "Mond" ähnelt eher dem Todesstern und benötigt eine Art Kurskorrektur, um im Orbit zu bleiben. Dies könnte möglicherweise „erklärt“ werden, indem der Monddurchmesser und der Kernschattendurchmesser angepasst werden, was bedeutet, dass die Sonne einen Teil der Oberfläche erwärmen würde, wenn sie beginnen würde, sich aus der Position zu bewegen, was zu einer Ausgasung führt, die den Mond wieder an seinen Platz drückt. Wahrscheinlich nicht zu 100% wissenschaftlich gültig, aber ansonsten muss es sich um ein Raumschiff handeln, nicht um einen Mond.

2. So berechnen Sie den L2-Punkt:

   $$d_{Earth-L2} = d_{Earth-Sun}\sqrt[3]{\frac {M_{Earth}}{3M_{Sun}}}$$ Wo$d$jeweilige Entfernung ist, und$M$ist die jeweilige Masse. Beachte die Kubikwurzel .
   So berechnen Sie den Umbra-Durchmesser am Punkt L2:
   • Berechnen Sie zuerst den Kernschattenabstand: $$d_{umbra}= \frac{d_{Earth-Sun}}{\frac{r_{Sun}}{r_{Earth}} - 1}$$ Wo$r$ist der jeweilige Radius des Körpers.
   • Wenn der Kernschattenabstand größer als der L2-Abstand ist, können Sie die Größe des Kernschattens (maximale Größe Ihres Mondes) mit dieser Gleichung berechnen:
     $$r_{umbra}=\frac{r_{Earth}}{\frac{d_{umbra}}{d_{umbra}-d_{Earth-L2}} + 1}$$

Für diejenigen, die nicht mathematisch veranlagt sind, habe ich dies alles in einer Google-Tabelle zusammengefasst , um eine persönliche Kopie zum Bearbeiten zu erstellen.

3. Der Lagrange-Punkt umkreist also beide.

4. Normale Dichten (3.000-8.000 kg/m^3) sollten funktionieren. Die Masse des Objekts am L2-Punkt spielt keine wesentliche Rolle. Es ist jedoch eine Art automatische Korrektur erforderlich.

Mit aktueller Konfiguration nicht möglich

Um ein Objekt ständig im Schatten der Erde zu haben, muss es die Erde mit der gleichen Geschwindigkeit umkreisen, mit der die Erde die Sonne umkreist, um die Erde zwischen sich und der Sonne zu halten. Um einen Satelliten mit einer Umlaufdauer von 1 Jahr zu haben, muss er sehr weit von der Erde entfernt sein, ungefähr 2,1 Millionen Kilometer entfernt (laut diesem Umlaufrechner) . Leider liegt diese Entfernung außerhalb der Hügelsphäre der Erde, der Region, in der die Schwerkraft der Erde die dominierende Kraft ist. In einer Entfernung von 2,1 Millionen km umkreist ein Objekt die Erde einfach nicht mehr. Selbst wenn dies der Fall wäre, erstreckt sich der Kernschatten der Erde (Region des totalen Schattens) nur über 1,4 Millionen Kilometer, sodass ein Objekt in einer solchen Entfernung die Sonne niemals vollständig von der Erde verdeckt sehen würde.

Sie könnten ein Objekt am L2-Lagrange-Punkt platzieren, was es dem Objekt ermöglichen würde, die Sonne mit der gleichen Periode wie die Erde zu umkreisen, obwohl es eine größere Umlaufhöhe als die Erde hat. Leider ist der L2-Punkt instabil und liegt etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt – zu weit für den Kernschatten der Erde. Selbst wenn Sie ein Objekt dazu bringen könnten, am L2-Punkt zu bleiben, würde es niemals vollständig von der Erde abgeschattet werden.

Ich bin mir nicht sicher, wie Sie eine solche Konfiguration erreichen könnten, indem Sie das Sonnensystem modifizieren. Würde man die Masse der Sonne deutlich erhöhen, könnte man das Erdjahr bei gleichem Abstand zur Sonne verkürzen, was wiederum dem verfinsterten Satelliten eine kürzere Periode und eine geringere Umlaufhöhe ermöglichen würde, obwohl die Hill-Sphäre der Erde wird kleiner, wenn die Schwerkraft der Sonne zunimmt, sodass die Mathematik möglicherweise nicht aufgeht.

Sie versuchen, einen Satelliten im Schatten der Erde zu halten, während er um die Sonne wandert. Sie können nicht haben, dass der Satellit die Sonne mit der gleichen Umlaufzeit wie die Erde umkreist und sich nicht in der Erdumlaufbahn befindet . (Es sei denn, Sie befinden sich an L2 [oder einem anderen L-Punkt, aber nur L2 ist "hinter" der Erde], der knapp außerhalb des Kernschattens der Erde liegt und auf lange Sicht ohnehin instabil ist.)

Die einzige Lösung, die ich sehe, ist, dass sich der Satellit auf einer angetriebenen Flugbahn befinden muss, möglicherweise auf einer kreisförmigen Umlaufbahn "hinter" der Erde, zwischen Erde und L2 und innerhalb des Kernschattens der Erde. Eine solche Umlaufbahn kann auf natürliche Weise nicht existieren und würde einen konstanten Schub erfordern, um sie aufrechtzuerhalten.
Wenn das Objekt fremden Ursprungs ist, kann dies wahrscheinlich einfach per Hand weggewunken werden.

Ich denke, andere Antworten hängen vom Geld ab, aber wir können ein wenig mit den Werten spielen, damit es funktioniert.

Der Kernschatten der Erde fällt also knapp unter ein Objekt am Sonne-Erde-L2-Punkt. Was nun, wenn der „Mond“ das große Objekt ist? Sie möchten ihn wie einen Mond von der Erde sehen, obwohl er viel weiter entfernt ist als der eigentliche Mond. Der Mond ist also ein großer Planet, und die Erde ist ein kleinerer Planet am Sonne-Mond-L1-Punkt zwischen Sonne und Mond. Dies ist auch eine instabile Konfiguration, aber handwinken Sie das vorerst. Sie können die Sonne zu einem kleineren Stern machen und das gesamte System näher zusammenrücken, um die Erde bewohnbar zu halten, den Kernschatten zu erweitern und den Mond tiefer in den Kernschatten zu bewegen.

Tada! Die Stabilitätssache ist immer noch ein Problem, nur die L4- und L5-Punkte in diesen drei Körpersystemen sind stabil (Jupiter hat seine eigenen Pseudo-Asteroidengürtel an diesen Stellen, die Trojaner genannt werden). Allerdings ... Sie können dieses Problem wahrscheinlich einfach ignorieren, wenn es für die Einstellung problematisch ist. Es ist nicht so, dass Larry Nivens Ringworld aus physikalischer Sicht supergenau wäre.

Decken Sie es mit Eckreflektoren ab

Andere haben behandelt, warum ein permanent verfinsterter Mond hart ist und große Änderungen am Erde-Mond-System erfordert. Aber der Mond könnte in seinem eigenen Schatten sein, wenn er das gesamte auf ihn treffende Licht an den Sender zurücksendet. Ich glaube nicht, dass ich hier eine Animation posten kann, aber das zweite Bild im Wikipedia-Artikel über Eckreflektoren zeigt, wie das funktioniert. Wie auch immer Sie den Lichtstrahl bewegen, er trifft auf drei senkrecht zueinander stehende Spiegel und geht genau so zurück, wie er gesendet wurde. Denken Sie nachts an Markierungen auf der Straße.

( Wir haben tatsächlich ein paar Eckreflektoren auf dem Mond , die Laserlicht an Astronomen zurücksenden, damit sie seine genaue Entfernung messen können. Aber noch nicht genug, um die Farbe der gesamten Oberfläche zu ändern!)

Ein solcher Mond reflektiert die Sonne möglicherweise nie oder zumindest nur dann, wenn er fast voll ist, wenn es eine gewisse Ungenauigkeit gibt (in diesem Fall wäre er für eine Weile fast so hell wie die Sonne). Meistens sahen Sie einen Mond im ungefähren Schatten Ihres eigenen Flecks Erde, nachts dunkel, tagsüber heller, immer konturlos und homogen. Wenn die Reflektoren genau genug sind, würden eifrige Leute am St. Patrick's Day versuchen, jeden in der Stadt dazu zu bringen, grüne Lichter zu zeigen, bis der Mond grün wird.