Realistische Möglichkeiten, wie ein Planet oder ein großer Mond variable Tag-/Nachtperioden haben könnte

wenn es eine Möglichkeit gibt, dies zu tun, ohne dass der Stern des Planeten durch einen anderen Körper blockiert wird, der bevorzugt würde.

Ich verstehe nicht wirklich wie, tbh. Das Problem ist, dass selbst bei einer stark elliptischen Umlaufbahn die Rotation Ihres Planeten immer gleich ist. Eine stark elliptische Umlaufbahn würde Ihnen sicherlich je nach Entfernung eine große Variation der Jahreszeiten geben, aber Ihr Tag / Nacht-Zyklus wäre immer mit der Rotationsperiode des Planeten festgelegt, und nichts, was Sie mit Umlaufbahnen tun, kann dies ändern.

Das einzige, was Sie tun können, um den Tag / Nacht-Zyklus so zu variieren, ist, ihn von der Rotation des Planeten zu entkoppeln, was bedeutet, dass Sie eine komplexere Beziehung benötigen als nur "Planet umkreist einen Stern". "Planet umkreist einen Gasriesen" könnte ganz gut funktionieren.

Das Szenario, das mir am plausibelsten erscheint, wäre ein bewohnbarer Planet, der einen Gasriesen umkreist, der eine dramatische axiale Neigung relativ zu seiner Umlaufbahn um den Stern aufweist. Stellen Sie sich vor, Sie nehmen Jupiter (oder Saturn, wenn Sie es vorziehen) und neigen seine Rotationsachse (und die seiner Monde) um 90 Grad. Sie hätten zwei Punkte in der Umlaufbahn des Gasriesen, an denen die Rotationsachse direkt auf den Stern zeigen würde, und somit würde die eine oder andere Hemisphäre des Satellitenplaneten kontinuierlich Sonnenlicht empfangen (nennen Sie diese die Sonnenwende). An zwei weiteren Punkten der Umlaufbahn des Gasriesen wäre die Rotationsachse parallel zur Umlaufbahn des Gasriesen, und Sie hätten einen Tag / Nacht-Zyklus, der direkt mit der Rotationsperiode des Satellitenplaneten verbunden ist.

Sie würden langsam von einem Zustand zum nächsten radeln, während der Gasriese seinen Stern umkreiste.

Als Referenz, wenn Sie Jupiters Werte annehmen, würde ein Zyklus etwas weniger als 12 Jahre dauern. Ihr Satellitenmond hätte ein paar Jahre arktischen Winter auf der Nordhalbkugel, gefolgt von vier Jahren Übergang zu einem Sommer mit durchgehendem Tageslicht, und dann kehrt sich der Prozess um.

Abhängig von der Nähe zum Gasriesen könnte Ihr Satellitenmond eine Umlaufzeit (und damit einen Tag/Nacht-Zyklus) zwischen 40 und 400 Stunden haben, wenn Sie ihn in der gleichen Umlaufbahnentfernung wie die Gallilean-Monde halten wollen.

So etwas passiert, wenn ein Planet einen einzelnen Stern in einem Binärsystem umkreist.

Nehmen wir in der Abbildung unten an, dass der grüne Planet eine Rotationsperiode von 96 Stunden hat.

In Position #2 reihen sich die Sterne aneinander und Sie haben einen 96-Stunden-Tag.

In Position Nr. 4 haben Sie zwei Mittagszeiten und zwei Dämmerungen, was Ihnen zwei 48-Stunden-Tage gibt. Wenn Ihr Planet eine Atmosphäre hat, die besonders starke Rayleigh-Streuung erzeugt, wenn Ihre Spezies nur in den stärker reflektierten Wellenlängen sehen kann oder wenn sie nur eine schlechte Sicht bei schwachem Licht hat, könnten diese Dämmerungsperioden wie Nacht erscheinen.

Dies ist jedoch möglicherweise nicht genau das, was Sie möchten. In den Positionen 1 und 3 haben Sie einen verlängerten Tageszyklus und einen verkürzten Nachtzyklus; Die Dauer des Tages wird also nicht einheitlich skaliert, sondern es ist eine Anomalie einer bestimmten Jahreszeit, dass Sie 2 scheinbare Tage pro Rotation erhalten.

Eine andere Option, die in mancher Hinsicht besser, in anderer aber schlechter passt, wäre ein gezeitengebundener Mond auf einer unregelmäßigen, nicht vollständig wahren Umlaufbahn. Dies kann Ihnen die Variationen der Tageslänge geben, von denen Sie sprechen, aber diese Umlaufbahnen sind instabil. Kein Planet oder Mond würde sich jemals auf einer solchen Flugbahn bilden, aber wenn Sie einen Zwergplaneten oder großen Asteroiden haben, der von der Schwerkraft einer größeren, vorbeiziehenden Welt mitgerissen wird, wird seine anfängliche Umlaufbahn unregelmäßig sein, und es wird lange dauern es, sich in eine stabile Umlaufbahn einzupendeln. Wenn sich die Umlaufbahn zu beruhigen beginnt, wird sie beginnen, ein zunehmendes Maß an Vorhersagbarkeit zu entwickeln, was bedeutet, dass Sie möglicherweise ein Muster von Umlaufbahnen entwickeln, bei denen einige viel länger brauchen als andere, da sie in einigen Fällen nahe vorbeikommen und in anderen weit ausschwingen.

In geologischer oder evolutionärer Zeit wäre dies ein vorübergehender Zustand, aber in der Lebensspanne einer Zivilisation könnte dies alles werden, was sie jemals gekannt haben.

Eine Einschränkung bei dieser Art von Situation ist, dass diese Schwankungen nichts mit der Jahreszeit zu tun haben. Sie könnten mehrere "Tagessaisonen" in einem Jahr oder mehrere Jahre in einer "Tagessaison" haben, je nachdem. Ein weiterer Grund ist, dass 48-96 Stunden eine ziemlich schnelle Mondumlaufbahn sind. Um diese Art von Umlaufgeschwindigkeit zu erreichen, ist es am besten, sich in einer relativ nahen Umlaufbahn um einen Gasriesen zu befinden. In der erforderlichen Entfernung würde Ihr Planet Gezeitenkräfte erfahren, die mehr als 10.000 Mal so hoch sind wie die des Mondes auf der Erde. Die Gezeitensperre wird hoffentlich den schlimmsten Schaden verhindern, den dies sonst anrichten würde, aber da Sie sich auf einer so unberechenbaren Umlaufbahn befinden, wird Ihre Gezeitensperre nicht perfekt sein; Das Wackeln Ihres Mondes relativ zur Pflanze wird also wahrscheinlich einige ernsthafte Gezeiten verursachen.

Das größte Problem bei der Änderung der Tag-Nacht-Zyklusdauer besteht darin, dass rotierende Planeten einen enormen Drehimpuls darstellen, und Änderungen daran normalerweise mit „unangenehmen Dingen“ verbunden sind, die an der Oberfläche vorgenommen werden müssen.

Eine stark elliptische Umlaufbahn kann einen starken saisonalen Einfluss auf globaler Ebene hervorrufen, im Gegensatz zum saisonalen Einfluss der Erde auf einer halbkugelförmigen Ebene, aber Sie werden Ihren Tag-Nacht-Zyklus mit einer solchen nicht wirklich beeinflussen. Stattdessen haben Sie am kurzen Ende Ihrer Umlaufbahn extrem heiße [potenziell gefährliche] Tage, während Sie am langen Ende Ihrer Umlaufbahn extrem dunkle und kalte Tage haben, aber die Zeit von Sonnenaufgang bis Sonnenaufgang bleibt im Allgemeinen gleich.

Der einfachste Weg, die Sonnentagesdauer für die Oberfläche eines Planeten zu ändern, besteht darin, die Oberfläche vom Kern zu entkoppeln und zusätzliche Mechanismen einzuführen – mit anderen Worten, machen Sie keinen Planeten daraus, sondern eine Maschine im Planetenmaßstab .

Ihre Oberfläche ist nicht nur die krustige, kühle Gesteinsschicht, die über einem geschmolzenen Kern schwebt, der sich langsam auf den eventuellen Hitzetod des Universums zubewegt, es ist das Schwungrad einer riesigen Maschine ...

Was genau die Maschine tut oder wer sie gebaut hat, ist nicht allzu wichtig, zumindest für jede Zivilisation, die auf der äußeren Oberfläche dieser "Fliegenschale" entstehen könnte, und wie viel sie davon versteht, ist nicht allzu wichtig zur Maschine selbst. Alles, worum wir uns wirklich kümmern müssen, ist, dass es Schwung zwischen seiner Hülle und seinem Kern hin und her überträgt, während es einem konsistenten Prozess nach einem regelmäßigen Zeitplan folgt.

Diejenigen an der Oberfläche könnten einige seltsame Effekte jenseits der Änderung der Tag-Nacht-Zyklusdauer und möglicherweise einige elektromagnetische Emissionen beobachten, aber unsere Maschine kann fröhlich für Äonen tuckern und ihr Ding machen, während Wissenschaftler an der Oberfläche die Natur und Struktur dessen diskutieren, was verborgen ist in ihrem "Planeten".

[Vielleicht ist Teil unseres Weltaufbaus, dass eine übermäßig schlaue Person oder Gruppe von Menschen vermutet, dass es auf dem Planeten vielleicht mehr gibt als geschmolzenes Gestein, oder vielleicht zuckt jeder nur mit den Schultern und geht mit schickeren Uhren und der Denkweise von "Nun so sind die Dinge eben..." mit leichtem Verdacht, dass es irgendwie seltsam ist.]

Ob der Maschinenplanet ein intergalaktisches Dooms-Day-Gerät oder nur ein versagendes Science-Fair-Spielzeug einer hyperfortgeschrittenen Zivilisation ist, ist für uns weit weniger wichtig als die Tatsache, dass die äußere Hülle regelmäßig Drehimpulse hin und her austauscht ...

Andere "etwas" plausiblere Optionen können darin bestehen, mit dem Material und der Struktur des Planetenkerns seltsam zu werden [und sich dabei ertragen zu müssen, dass einige Community-Mitglieder einen Gestank darüber aufbringen, dass der Planet laut IAU nicht mehr als Planet zählt ...] so dass seine Rotationseigenschaften nicht vollständig stabil sind.

[Während die Wahrscheinlichkeit vieler Vorschläge in verschiedenen Antworten in unserem realen Universum stark gegen Null gehen kann, müssen wir uns in der Fiktion nicht mit solch langweiligen Realitäten zufrieden geben ...]

Mehrere Faktoren können den Tageszyklus eures sehr komplizierten Planeten im Laufe des Jahres verändern. All dies erfordert, dass Ihr Planet einen sich verschiebenden Massenbereich hat, und für Ihren speziellen Fall einen sehr großen Massenbereich. Die Venus hat eine variable Tageslänge von 7 Minuten, und ein Teil der Erklärung ist, dass Berge den Wolkenfluss stoppen (die Masse hört auf, sich zu drehen). Das macht nur 2 Minuten aus, der Rest ist ein Rätsel.

Dynamisches Bremsen der Magnetosphäre :

Der Kern eures Planeten ist geschmolzenes Eisen mit einem sehr einzigartigen Zyklus, der sich jedes Jahr wiederholt. Dieser Planet ist ein riesiger Magnet wie Quecksilber , der aus den Sonnenwinden eine Magnetosphäre erzeugt.

Was Ihr System noch komplexer macht, ist der ihn umkreisende Schwesterplanet (oder ein sehr eisenhaltiger Mond), der einen Teil des magnetischen Flusses für bestimmte Teile des Jahres abzieht, was die Form der Magnetosphäre verändert. Die Magnetosphäre und der Planetenkern bilden einen Motor, der den Planeten das ganze Jahr über beschleunigt und abbremst.

Außerdem dreht sich der flüssige Kern des Planeten mit einer anderen Geschwindigkeit als die Kruste. Sowohl Kern als auch Kruste sind stark ferromagnetisch und tragen zur Motorik bei.

Das Timing all dieser fließenden Materie, binären Umlaufbahnen und Sonnenwinde ist jenseits von Wundern, aber ihre Existenz geht nicht über das hinaus, was physikalisch möglich ist.

Berechnungen für ein solches System gehen über unser heutiges Verständnis hinaus. Die Antwort: Magnete.

Ich habe „ziemlich bewohnbar“ so definiert, dass es einfach bedeutet, dass es eine ziemlich konstante Umlaufbahn hat. Und ein Großteil der Oberfläche des Planeten würde sich normalerweise selbst zerreißen, also brauchen Sie eine neue Frage, um zu sehen, ob es möglich ist, die tektonische Aktivität auf einem solchen Planeten mit einer Art erstaunlich glattem und gleichmäßigem flüssigem unteren Mantel zu kontrollieren. Die Schwerkraft eines Schwesterplaneten oder -mondes macht dies noch problematischer.

Dein Planet/Mond ist klein, also hat er sich nicht in eine Kugel gezogen. Es ist klumpig. Daher ist seine Rotation unter dem Gravitationseinfluss anderer Himmelskörper chaotisch. Während der Drehimpuls der Welt konstant ist, ändert sich ihre Rotationsachse ständig, ebenso ihr Trägheitsmoment und damit die Tageslänge.

Es gibt mehrere Monde im Sonnensystem, die so funktionieren. Die Rotation von Hyperion ist so chaotisch, dass die NASA die Durchgänge der Cassini-Sonde nicht zuverlässig planen konnte, um neue Bereiche der Oberfläche zu scannen. Plutos Mond Nyx kann Tage haben, an denen die Sonne im Osten aufgeht und im Norden untergeht.

Es ist wahrscheinlich nicht möglich, die Tageslänge für alle Zeiten vorherzusagen, aber es wäre glaubwürdig, einige Jahre vorhersagen zu können.

Schiefe Oszillation

Nicht alle Tage auf der Erde sind gleich. Die Tage sind im Sommer länger und im Winter kürzer. Der Grund dafür ist einfach – die Erde dreht sich um eine Achse, die durchschnittlich 23,4 Grad beträgt. Das Maß für diese Achse ist die Differenz zwischen der Rotationsebene der Erde um die Sonne und der Rotation der Erde. Dies wird als Schräglage bezeichnet.

Und die Schräglage schwingt. Nicht viel auf der Erde, und sehr allmählich, eine sehr kleine Menge bis zu dem Punkt, an dem Sie es kaum bemerken. Dies liegt daran, dass es unter anderem vom Mond stabilisiert wurde. Aber es könnte viel größer sein und schneller passieren. Wenn dies der Fall ist, ist es möglich, dass Orte auf diesem Planeten über oder unter die Neigung gezogen werden und sich somit so verhalten, wie es der Polarkreis tun könnte – Tage mit Sonnenlicht, dann Tage mit Dunkelheit und wenn die Schrägschwingung ihn nicht hineinzieht und es bewirken, normale Tage.

Natürlich gibt es Probleme. Dies würde nur bestimmte Gebiete des Planeten betreffen, es wäre schwierig, den Äquator zu erreichen, eine destabilisierte Schräglage würde das Wetter verheeren, und es würde einen Albtraum an Berechnungen erfordern, um herauszufinden, wie genau es funktionieren könnte. Aber es ist ein Gedanke.

Hyperion, der Saturnmond, hat weder eine vorhersehbare Tageslänge noch Rotationsrichtung

Hyperion, einer der Saturnmonde, erfüllt einige Ihrer Anforderungen. Aber es hat eine Reihe von seltsamen Faktoren. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Hyperion_(moon) und https://www.space.com/20770-hyperion-moon.html .

Längliche Form, sodass die Enden viel weiter von der Mitte entfernt sind als das Flachland. Geringe Masse, so dass ein Katapult Sie wegschleudern könnte, besonders wenn Sie an einem der Enden starten. Sehr seltsame Zusammensetzung, wahrscheinlich Wassereis und organische Stoffe, mit einem sehr hohen Prozentsatz an leeren Blasenräumen, wie Styropor. Verlängerte Umlaufbahn um Saturn, synchronisiert mit dem größeren Mond Titan. Starke elektrische Ladung.

Beachten Sie, dass die Umlaufbahn in einer 3:4-Beziehung zum größeren Mond Titan stabil ist. Seine Position im Raum ist also gut vorhergesagt, die Ausrichtung jedoch nicht.

Mit axialer Präzession können Sie erreichen, was Sie wollen . Dies geschieht tatsächlich hier auf der Erde, wenn auch sehr langsam (26.000 Jahre für eine Rotation, es wird angenommen, dass dies hier zu den Eiszeiten beiträgt).

Wenn Ihr Planet oder Mond eine schnellere, unregelmäßigere axiale Präzession hatte (z. B. mit einer Rate von 1 oder 2 pro Jahr oder 1 alle 2 Jahre mit einem großen Neigungswinkel) oder noch besser - mehrere (3 oder mehr) Rotationsachsen Sie könnten sehr variable Tag-/Nachtlängen haben. Dies würde auch zu einer sehr unregelmäßigen Saison führen.

Etwas Ähnliches, wenn auch weniger extrem, könnte mit einer ziemlich exzentrischen Umlaufbahn möglich sein.

Nehmen wir an, die Exzentrizität beträgt 1/3, was bedeutet, dass das Aphel (am weitesten von der Sonne entfernt) doppelt so groß ist wie das Perihel (am nächsten entfernt). Aus den Keplerschen Gesetzen haben wir dann, dass die Umlaufgeschwindigkeit am Perihel doppelt so hoch ist wie am Aphel.

Nehmen wir als Annäherung an, dass die Umlaufgeschwindigkeit gleich der Perihelgeschwindigkeit für das gesamte sonnennächste Viertel der Umlaufbahn ist (was ziemlich nahe an der Wahrheit liegt) und sagen wir, dass diese Viertelumlaufbahn dem längsten Tag ab Sonnenaufgang entspricht bis Sonnenuntergang oder 48 Stunden. Der Planet muss dann während dieser Viertelumrundung eine dreiviertel volle Umdrehung machen, was bedeutet, dass die Rotationsperiode des Planeten 64 Stunden beträgt.

Am Aphel würde der Planet ungefähr 96 Stunden benötigen, um eine Viertelumrundung zu absolvieren (wiederum als enge erste Annäherung). Das sind eineinhalb Umdrehungen, die einem einviertel Tag/Nacht-Zyklus entsprechen. Ein Tag hat also ungefähr 38,4 Stunden.

Das ist weniger extrem als das, was Sie verlangen, aber eine exzentrischere Umlaufbahn würde noch extremere Temperaturunterschiede bedeuten als hier, wo der Planet am Aphel ein Viertel des Sonnenlichts erhält als am Perihel. Eine sehr dicke Atmosphäre könnte dies kompensieren, aber nicht viel mehr.

Eine andere Sache ist, dass die gesamte Umlaufzeit des Planeten hier nur 288 Stunden oder 12 Erdentage beträgt. Dies impliziert eine sehr kalte Sonne, höchstwahrscheinlich einen Roten Zwerg. Wenn Sie das nicht möchten, ist dies nicht die Lösung für Sie.