Könnte ich einen erdähnlichen Planeten haben, von dem aus Sonne und Mond niemals gleichzeitig sichtbar wären?

Verringern Sie die Helligkeit Ihres Mondes und machen Sie ihn tagsüber unsichtbar.

Indem Sie die Oberfläche Ihres Mondes dunkler machen, verringern Sie seine Helligkeit aufgrund von Lichtreflexion (Albedo). Bedecken Sie es mit schwarzen Lavafeldern oder dunklen Steinen. Wenn es dunkel genug ist, sollte Ihr Mond nur während der Nacht oder Dämmerung sichtbar sein.

Sie können Ihrem Mond die gleiche scheinbare Helligkeit von Objekten geben, die nach Sonnenuntergang erscheint. Auf der Erde ermöglicht der Dämmerungshimmel die Sichtbarkeit von Objekten mit Größen von -2,5 bis +4,5.

-2,5 ist auch die scheinbare Helligkeit des Neumondes, der tagsüber unsichtbar ist. Auch wenn wir ihn nicht sehen können, ist der Neumond nicht ganz dunkel, da er das Erdlicht reflektiert. Aber es wird durch unsere Atmosphärenhelligkeit verdeckt. Ein Objekt ähnlicher Größe wäre während der Nacht sichtbar.

Gemäß dem Handbuch der praktischen Astronomie (S. 402, 403) beträgt die Magnitude des Mondes während einer totalen Mondfinsternis -2, wenn der Himmel klar ist, und die Gesamtheit ziemlich hell und noch sichtbar ist. Ihr Vollmond sollte in der Helligkeit ähnlich aussehen, außer dass er nicht die rot/bräunliche Farbe unseres Mondes hat (aufgrund der Sonnenfinsternis), sondern stattdessen dunkelgrau sein sollte.

Wir können uns also vorstellen, einen schwarzen Mond mit einer sehr niedrigen Albedo zu haben, der einen sehr kleinen Prozentsatz des Sonnenlichts reflektiert und der von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang unsichtbar sein sollte. Natürlich ist er nachts nicht so hell wie unser eigener Mond und sieht eher "gräulich" als weiß aus ... Aber wenn er so groß wie unser Mond ist, sollte er trotzdem leicht zu erkennen sein.

Bei einem solchen Mond sollten Ihre Nächte auch bei Vollmond ziemlich dunkel sein. Vielleicht siehst du deinen eigenen Schatten nicht. Das Verhalten nachtaktiver Tiere/Käfer sollte ebenfalls anders sein, da das Mondlicht nicht so hell sein wird, wie wir es auf der Erde kennen.

Es gibt tatsächlich eine Möglichkeit, dies zu erreichen, aber es geschieht, indem man dem Buchstaben der Anfrage folgt und nicht dem Geist: Habe einen großen Mond mit geringer Dichte, der am L1-Punkt des Planeten sitzt (dem Lagrange-Punkt zwischen dem Planeten und der Sonne). ) Wenn der Mond groß genug und stabil genug ist, befindet sich die Sonne immer in einer Sonnenfinsternis, und da die Sonne nirgendwo auf dem Planeten zu sehen ist, ist es auch wahr, dass nirgendwo auf dem Planeten sowohl die Sonne als auch der Mond zu sehen sind.

(Das ist ein bisschen Regelrecht und würde sowieso nicht lange funktionieren, da der L1-Punkt nicht stabil ist (er ist metastabil). Außerdem bin ich mir nicht sicher, woraus Sie den Mond machen würden, um groß genug zu sein und leicht genug.)

Nimmt man das, was meiner Meinung nach der Geist der Frage ist - mit Sonne und Mond, die jeweils für einen Teil des Planeten sichtbar sind -, kommt man dem Mond am nächsten, der am L2-Punkt des Planeten sitzt, wodurch er gegenüber der Sonne am Himmel bleibt . Leider ist das auch nur metastabil. Da der Planet eine Atmosphäre hat, wird es auf halbem Weg zwischen dem subsolaren Punkt und dem sublunaren Punkt um die Welt herum ein dünnes Band geben, wo die atmosphärische Biegung wahrscheinlich sowohl einen Rand der Sonne als auch einen Rand des Mondes sichtbar macht.

Ist ein großer Mond notwendig, um die axiale Neigung eines erdähnlichen Planeten zu stabilisieren und ihn bewohnbar zu halten?

Dieser Artikel legt nahe, dass das Fehlen eines großen Mondes einen Planeten nicht unbewohnbar machen würde:

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

Dieser Artikel legt nahe, dass die extremen Fluten, als der Mond viel näher an der Erde war, möglicherweise dazu geführt haben, dass sich Leben in riesigen Wattflächen entwickelt hat. Daher könnte ein großer naher Mond notwendig gewesen sein, damit Leben erscheinen konnte.

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

Dieser Artikel legt auch nahe, dass die Plattentektonik mit dem frühen Mond begann und Plattentektonik für das Leben auf der Erde notwendig sein könnte.

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

Ein großer naher Mond zu Beginn des Lebens eines Planeten kann also notwendig gewesen sein oder auch nicht, damit der Planet bewohnbar ist und sich Leben bildet. Und ein großer Mond, der Milliarden von Jahren später viel weiter entfernt ist, kann notwendig sein oder auch nicht, damit der Planet ein ausreichend stabiles Klima für das Leben hat.

Richten Sie also Ihre Aufmerksamkeit für einen Moment auf die Atmosphäre des Planeten.

Die Erdatmosphäre streut das Sonnenlicht, sodass es aus allen Richtungen zu kommen scheint und den Himmel blau erscheinen lässt. Ein Objekt muss heller als die Hintergrundhelligkeit des Himmels sein, um am helllichten Tag sichtbar zu sein. Und in der Dämmerung muss es heller sein als der Hintergrund des Dämmerungshimmels, um sichtbar zu sein.

In der scheinbaren Helligkeitsskala bedeuten niedrigere Zahlen eine größere scheinbare Helligkeit. Es wird gesagt, dass die Objekte, die sichtbar sind, wenn die Sonne weniger als 10 Grad über dem Horizont steht, eine scheinbare Helligkeit von -2,5 haben müssen, während die schwächsten Objekte, die sichtbar sind, während die Sonne hoch am Himmel steht, eine scheinbare Helligkeit von -4,0 haben müssen . Die scheinbare Helligkeit des Mondes variiert von -12,90 bei Vollmond bis zu -2,50 bei Neumond.

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

Da der Neumond am Himmel sehr nah an der Sonne zu sehen ist, sollte er niemals sichtbar sein, es sei denn, die Sonne steht kurz vor dem Untergang oder ist bereits untergegangen, und sollte daher kaum sichtbar sein, wenn die Sonne steht. Der viel hellere Vollmond sollte der Sonne immer entgegengesetzt sein und daher nur nachts zu sehen sein.

Wenn also der Himmel genug Licht streut, um ein paar Größenordnungen heller zu werden, sollte sein Streulicht ausreichen, um das Licht des Mondes zu übertönen und ihn unsichtbar zu machen. Rechts?

Ich erinnere mich, dass ich eines späten Nachmittags in der Nähe der Convention Hall auf der Promenade von Cape May, New Jersey, war und etwas sah, das wie ein Vollmond aussah, soweit ich es mit bloßem Auge erkennen konnte, der tief über dem Atlantik aufging.

Und dann dachte ich, dass ein voll aussehender Mond fast 180 Grad von der Sonne entfernt sein sollte. Aber ich sah einen voll aussehenden Mond, nah genug am Vollmond, dass ich keinen Unterschied sehen konnte, nicht am Nachthimmel, nicht einmal in der Dämmerung, sondern am Nachmittag bei hellem Tageslicht mit blauem Himmel.

Also drehte ich mich um und blickte zurück, und da stand eine rote untergehende Sonne tief am Himmel, gegenüber dem Mond. Da die Erde eine Kugel und nicht flach ist, fällt der Boden in der Ferne ab, und man kann manchmal Objekte sehen, die mehr als 90 Grad unter dem Zenit des Himmels liegen. Und die atmosphärische Brechung lässt Objekte in der Nähe des Horizonts mehrere Grad höher erscheinen. So konnte ich die Sonne und einen anscheinend vollen Mond zusammen am Himmel sehen.

Aber es gibt noch mehr!

Einmal befand ich mich gegen 9 oder 10 Uhr an einem niedrigen Ort, umgeben von Hügeln, Gebäuden und Bäumen, und es war viel weniger als eine ganze Halbkugel des Himmels sichtbar. Und ich sah den Mond, und er sah rund und voll aus, soweit ich das beurteilen konnte. Und natürlich war auch die Sonne zu sehen. Und es sah so aus, als wären Sonne und Mond viel weniger als 180 Grad voneinander entfernt, obwohl der Mond, soweit ich das beurteilen konnte, voll aussah. Und wenn der Mond nahe genug an Vollmond war, um für mich voll auszusehen, lag seine scheinbare Helligkeit wahrscheinlich nahe bei -12,50.

Das Problem besteht also darin, die Lichtstreuung der Atmosphäre Ihres Planeten so zu erhöhen, dass die Helligkeit des Himmels so erhöht wird, dass die scheinbare Helligkeit des Vollmonds Ihres Planeten um etwa 8 Magnituden verringert wird, wenn die Sonne hoch steht, und um etwa 10 verringert wird Magnituden, wenn die Sonne tief am Himmel steht.

Daher benötigen Sie möglicherweise einen atmosphärischen Experten, um zu berechnen, wie viel Wasserdampf, Staub, verschiedene Gase usw. Sie der Atmosphäre Ihres Planeten hinzufügen müssen, um den Vollmond Ihres Planeten am Tageshimmel unsichtbar zu machen, und ob diese Atmosphäre noch atembar ist .

Und Sie können den Mond Ihres Planeten etwas dunkler machen, was ein bisschen helfen würde. Da wir nicht genau wissen, wie wichtig ein großer Mond für die Bewohnbarkeit des Planeten ist, könnten Sie sich entscheiden, den Mond des Planeten viel kleiner als den Erdmond zu machen, oder vielleicht Angst haben, ihn zu viel kleiner als den Erdmond zu machen.

Aber Sie sollten in der Lage sein, die Masse des Planetenmonds auf erheblich weniger als die des Erdmonds zu reduzieren. Erhöhen Sie dann die durchschnittliche Dichte des Mondes des Planeten, damit sich die gleiche Masse in einem kleineren Volumen befinden kann. Diese beiden Effekte sollten den Mond des Planeten deutlich kleiner als den Erdmond machen und daher würde er viel kleiner aussehen und in der gleichen Entfernung wie der Erdmond dunkler sein.

Und Sie können die Albedo des Mondes des Planeten verringern, die Lichtmenge, die er reflektiert, um ihn dunkler zu machen. Leider hat der Erdmond bereits eine niedrige durchschnittliche Albedo von 0,137. Dunkle Objekte im Sonnensystem wie Kometen und Asteroiden haben eine Albedo von 0,05 bis 0,05. Dies kann die scheinbare Helligkeit des Mondes Ihres Planeten erheblich verringern.

Wenn der Mond neu ist und nahe der Sonne am Himmel steht, liegt die sichtbare Seite des Mondes fast vollständig im Schatten. Aber Sonnenlicht, das von der Erde reflektiert wird und so zu Erdlicht wird, erhellt den Mond ein wenig und macht ihn ein wenig heller, wenn er neu ist. Die Albedo der Erde beträgt etwa 0,30 bis 0,35.

Eine Verringerung der Albedo Ihres Planeten würde die Lichtmenge verringern, die der Planet bei Neumond auf seinen Mond zurückwirft, und den Mond daher etwas dunkler machen, wenn er neu ist. Es würde auch bedeuten, dass der Planet etwas weiter von seiner Sonne entfernt sein und die gleiche Temperatur wie die Erde haben könnte. Somit würde es weniger Sonnenlicht geben, das der Mond des Planeten zum Planeten zurückreflektieren könnte, wodurch der Mond dunkler würde.

Ich bin mir nicht sicher, wie gut eine Verringerung der Albedo des Planeten dazu passen würde, dass die Atmosphäre bei Tageslicht stärker streut und das Licht des Mondes verdeckt. Änderungen in der Atmosphäre und im Mond des Planeten könnten den Mond des Planeten am Nachthimmel sichtbar und am Taghimmel und sogar bei Sonnenuntergang unsichtbar machen.

Es könnte also ausreichen, den Mond des Planeten weniger hell zu machen und die Atmosphäre des Planeten den Mond stärker zu verdunkeln, um den Mond des Planeten nachts sichtbar und tagsüber unsichtbar zu machen.

Frühere Antworten berühren viele der Gründe, warum es schwierig ist, diese spezielle Orbitalanordnung zu erreichen. Ich denke, ich kann dem Arrangement nahe kommen, aber nicht ganz, ohne etwas über die Orbitalmechanik hinaus, also lasse ich dies hier vielleicht als Inspiration für weitere Arbeit.

Erster Versuch - Tidal Locking Orbit to the Planet

Meine erste Vermutung war, die Erde und den Mond durch Gezeiten aneinander zu binden, so dass die Umlaufzeit des Mondes um die Erde gleich der Rotationsumlaufbahn der Erde war. Dies erreicht Ihre gewünschte Anordnung, aber nur für die Hälfte des Planeten. Die Hälfte des Planeten sieht nie den Mond (also können sie Sonne und Mond nie zusammen sehen, aber leider sieht die andere Hälfte immer den Mond.

Zweiter Versuch – Verlangsamen Sie die Umlaufzeit des Mondes

Okay, das hat nicht funktioniert, aber es könnte einen anderen Weg geben. Was wäre, wenn wir die Umlaufbahn des Mondes immer mehr verlangsamen (natürlich gleichzeitig ihn weiter von der Erde entfernen)? Es dauert ungefähr 1 Monat, bis der Mond die Erde umkreist, aber was wäre, wenn wir dies immer länger machen würden, bis es ungefähr ein Jahr dauert, bis der Mond die Erde umkreist?

Schauen wir uns zuerst an, was mit den Hintergrundsternen passiert, wenn die Erde die Sonne umkreist. Am 20. Juni (Sommersonnenwende) um Mitternacht am Äquator sehen wir eine bestimmte Gruppe von Sternen, die der Hälfte des Himmels entspricht. Die Sterne, die wir um Mitternacht sehen können, verändern sich aufgrund der Umlaufbahn der Erde um die Sonne so langsam, bis wir am 21. Dezember (Wintersonnenwende) um Mitternacht keinen dieser Sterne mehr sehen können. Stattdessen sehen wir die Hälfte des Nachthimmels, die wir im Juni nicht sehen konnten. Dieser sichtbare Nachthimmel ändert sich weiter, bis wir am 20. Juni des nächsten Jahres wieder denselben Nachthimmel haben, den wir am vorherigen 20. Juni gesehen haben. So definieren wir eine vollständige Umlaufbahn um die Sonne.

Betrachten wir nun einen Bezugsrahmen mit der Erde im Zentrum; Wir ignorieren die Sonne vorerst und konzentrieren uns nur auf die Erde. Die Erde dreht sich, aber das können wir vorerst auch ignorieren, da es nicht wichtig ist. Der Nachthimmel zur Wintersonnenwende ist links und der Nachthimmel zur Sommersonnenwende rechts. Von hier an nennen wir die Sterne des Nachthimmels zur Sommersonnenwende ferne Sterne. Stellen Sie den Mond in die Mitte des Himmels zur Wintersonnenwende, links von der Erde, und lassen Sie ihn umkreisen. Wir haben die Konfiguration, Mond, Erde, ferne Sterne. In 6 Monaten hat der Mond das Zentrum des Sommersonnenwendehimmels verschoben, dh die Konfiguration ist jetzt Erde, Mond, entfernte Sterne. In weiteren 6 Monaten hat sich der Mond zurück in die Mitte des Wintersonnenwendehimmels bewegt, zurück zu Mond, Erde, fernen Sternen. Aber die Erde dreht sich um die Sonne!

Wir werden jetzt unsere beiden Szenarien zusammenfügen. Um die Visualisierung zu unterstützen, habe ich dieses folgende Bild eingefügt.

In diesem Bild ist der Himmel zur Wintersonnenwende wieder links und der Himmel zur Sommersonnenwende (entfernte Sterne) rechts. Wir wissen, wie sich der Mond, die Erde und die entfernten Sterne im Laufe eines Jahres verändern, also können wir dieses Bild verwenden, um die Sonne hinzuzufügen. An Tag 1 (im Bild) ist die Reihenfolge Mond, Erde, Sonne, Mitternachtssterne zur Sommersonnenwende . 6 Monate später wissen wir, dass der Mond zwischen der Erde und den fernen Sternen sein muss, aber die Erde befindet sich jetzt auch auf der anderen Seite der Sonne, und wir haben die Reihenfolge Sonne, Erde, Mond, ferne Sterne. In beiden Fällen steht der Mond der Sonne gegenüber! Und wenn wir etwas länger darüber nachdenken, stellen wir fest, dass der Mond der Sonne immer gegenübersteht!

Um zu sehen, wie sich der Mond an einem einzigen Tag bewegt hat, können wir zum Bild zurückkehren. Wenn Sie die Linie vom Sonnenpunkt zur Erde fortsetzen, können Sie den Mond dort hinter der Erde platzieren. Sie können sehen, dass sich der Mond in Bezug auf die fernen Sterne immer noch um die Erde dreht, aber mit einer so langsamen Geschwindigkeit, dass die Anzahl der Drehungen um die Erde genau der Anzahl entspricht, die sich die Erde um die Sonne gedreht hat!

Ach, Houston, wir haben ein Problem

Theoretisch können Sie Ihre gewünschte Anordnung erreichen, indem Sie die Umlaufbahn des Mondes auf 1 Jahr verlangsamen, wie ich gezeigt habe. Allerdings gibt es ein paar Probleme. Aufgrund des dritten Keplergesetzes ist der Mond nun etwa 5,6-mal weiter entfernt als zuvor. Es ist wahrscheinlich, dass die Erde den so weit entfernten Mond aufgrund der Gravitationseffekte der anderen Planeten oder der Sonne nicht halten kann. Selbst wenn die Erde den Mond festhalten kann, kann in diesen Entfernungen die Wirkung der Schwerkraft der Erde im Vergleich zur Schwerkraft der Sonne so groß sein, dass Sie dies möglicherweise als vollständiges 3-Körper-Problem behandeln müssen! Das bedeutet, dass wir die Keplerschen Gesetze oder einfache Annahmen wie die Behandlung von Mond und Erde als ein einziges 2-Körper-Problem und dann die Sonne und Mond + Erde als separates 2-Körper-Problem nicht verwenden können.

Entschuldigen Sie, wenn dies ein wenig überstürzt ist, wenn es Fragen gibt, kann ich darauf zurückkommen, um sie zu vertiefen und vielleicht an etwas mehr Mathematik zu arbeiten.

Wenn der Planet massereich genug und seine Umlaufzeit um seinen Stern kurz genug ist, dann könnte es möglich sein. Wenn der Mond den Planeten in der gleichen Geschwindigkeit umkreist wie der Planet um die Sonne und die Umlaufzeit des Mondes genau ein Jahr dauerte, dann wäre es plausibel, dass die Körper dauerhaft verfinstert werden (theoretisch), praktisch jedoch nicht ist nicht wirklich stabil, weil es nichts gibt, was den Mond in Schach hält. Aber du weißt nie; Unser Mond hat fast die gleiche scheinbare Größe wie die Sonne, was eine sehr kühle Sonnenfinsternis ermöglicht, und das ist völlig zufällig. Obwohl es vielleicht unwahrscheinlich ist, ist es sicherlich möglich, dass der Mond unter diesen Umständen eine ganze Weile in diesem Zustand bleiben könnte.

BEARBEITEN: Ich habe gerade Ihre Änderungen gesehen, in denen erwähnt wurde, dass der Planet in Bezug auf Schwerkraft und Umlaufzeit der Erde ähnlich ist, sodass dies für Ihre Zwecke nicht funktioniert.

Ich denke, die Antwort ist ganz klar nein. Damit sich der Mond ständig auf der der Sonne gegenüberliegenden Seite der Erde befindet, kann er sich nicht in einer Umlaufbahn um die Erde befinden. Ich müsste es sein

1. im Orbit um die Sonne,
2. aber weiter draußen mit einem größeren Umlaufradius (um auf der anderen Seite der Erde zu sein) und
3. Es müsste die gleiche Winkelgeschwindigkeit haben, wenn es um die Sonne geht, um auf der gegenüberliegenden Seite der Erde zu bleiben.

Beim dritten Punkt fällt alles auseinander. Sie können Keplers drittes Gesetz verwenden, um die Umlaufzeiten zu berechnen , und es ist unmöglich, dieselbe Periode und unterschiedliche Radien zu haben.

Sie können den Mond in eine Molniya - ähnliche Umlaufbahn bringen. Eine Molniya-Umlaufbahn ist eine sehr exzentrische Erdumlaufbahn, die sich mit der Sonne dreht. Ein kleiner Mond kann eine exzentrische Umlaufbahn haben, die ihn auf der Tagseite des Planeten im Apogäum hält (daher aufgrund der Entfernung und Anwesenheit der Sonne unsichtbar), um am Perigäum an der Nachtseite vorbeizufliegen.

Es gibt jedoch ein paar Vorbehalte:

• Um diese Umlaufbahn mit der Sonne zu synchronisieren, wird auch der echte Mond benötigt. Daher wird dieser Satellit nicht "der Mond" sein, sondern nur ein kleinerer Satellit.
• Es kann immer noch möglich sein, die Sonne und diesen Satelliten bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang zu sehen.