Wie könnte ein Satellit der Erde um die Sonne folgen und dabei außerhalb der Erdumlaufbahn bleiben?

Ich frage mich, ob es möglich ist, dass ein Satellit der Erde um die Sonne folgt, während er außerhalb seiner Umlaufbahn bleibt. Ich frage mich wegen der weltraumgestützten Solarinfrastruktur oder einfach wegen etwas, das das Sonnenlicht ständig daran hindert, auf die Erde zu gelangen.

Ich habe etwas über Objekte in der Zone L4 oder L5 gelesen, die etwa ein Jahr brauchen, um die Erde zu umkreisen. Ich nehme an, das könnte zu einem ähnlichen Ergebnis für das führen, wonach ich suche, und vielleicht ist es einfacher? Es fällt mir schwer, Informationen über von Menschenhand geschaffene Objekte zu finden, die die Sonne umkreisen, hauptsächlich aufgrund von Artikeln über Marsbahnen.

Braucht man einen komplett schwarzen Schatten, um die Erde zu erreichen? Oder wollen Sie nur die Energie reduzieren, die die Erde erreicht?
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Antworten (5)

Wenn ich die Frage so verstehe, wie sie sich entwickelt, suchen Sie nach einer Umlaufbahn, die eine Sonnenfinsternis erzeugt; ein vollständiger Schatten der Sonne auf einem kleinen Bereich der Erde, und ferner, dass sich das Objekt, das den Schatten wirft, nicht in einer Umlaufbahn um die Erde befindet, wie in der Frage Ist eine sonnenblockierende Umlaufbahn möglich? sondern befinden sich stattdessen in einer heliozentrischen Umlaufbahn .

Das würde bedeuten, dass Ihr Objekt auf der Erdoberfläche einen Kernschatten erzeugen muss , nicht nur einen Halbschatten .

Sonne-Erde L1

Andere Antworten haben bereits darauf hingewiesen, dass ein Objekt in einer heliozentrischen Umlaufbahn in der Nähe von Sonne-Erde L1 die Bahnbedingungen erfüllen würde:

Illustration Quelle

Verbleibend bei Sonne-Erde L1

Um in der Nähe von Sonne-Erde L1 zu bleiben, müsste das Raumschiff einige stationäre Vortriebsmanöver mit Schub durchführen. Das könnte von einem Raketentriebwerk oder Ionentriebwerk oder von einem Sonnensegel oder einer Art elektromagnetischem Segel kommen, das Schub aus den geladenen Teilchen des Sonnenwinds erzeugt.

Aber wie groß müsste es sein, um auf der Erde einen Kernschatten zu erzeugen?

Sonne-Erde L1 ist etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Das ist 1% der Entfernung von der Erde zur Sonne. Das Objekt müsste also 1% des Sonnendurchmessers haben, um einen Kernschatten von SE L1 zu erzeugen. Die Sonne hat einen Durchmesser von etwa 1,4 Millionen Kilometern , Ihr Objekt müsste also 1 % davon oder etwa 14.000 Kilometer breit sein , um einen vollständigen Schatten der Sonne auf die Erde zu werfen.

Das ist ziemlich groß!

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Quelle

TimeAndDate.coms [Umbra, Penumbra und Antumbra: Why Are There 3 Shadows?

Quelle: Umbra, Penumbra und Antumbra von TimeAndDate.com: Warum gibt es 3 Schatten?

Ich hatte keine Ahnung, wie Schatten aus dem Weltraum funktionieren, aber jetzt weiß ich es!
@Jeffyx großartig! Platz ist groß!
Es ist mehr als "ziemlich groß", es hat einen etwas größeren Durchmesser als die Erde, da die Erde etwa 0,009 Sonnenradien hat.
@uhoh Wirklich groß. Sie werden einfach nicht glauben, wie gewaltig, riesig, umwerfend groß es ist.
@Jeffyx - Wirklich alle Schatten funktionieren so, wenn die Lichtquelle kein einzelner Punkt ist.

Die einzigen stabilen Punkte, die mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde umkreisen, sind die Punkte L4 und L5, wie Sie erwähnt haben, aber es gibt auch einige instabile. Siehe dieses Bild von der NASA :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

L4 und L5 bleiben vor und hinter der Erde, während L1, L2 und L3 von Natur aus instabil sind. Aufgrund Ihrer Frage würde ich vorschlagen, dass L4 und L5 am besten geeignet sind, es sei denn, Sie benötigen wirklich die Nähe zur Erde. In diesem Fall könnte L2 Ihren Anforderungen entsprechen.

Danke, ich glaube, ich verstehe die Lagrange-Punkte jetzt besser. Wenn man sich das Bild ansieht, sieht es so aus, als ob ein Objekt in L2 kein Licht von der Erde blockiert. Eine schnellere Möglichkeit, meine Frage zu stellen, wäre: "Wie halten wir ein Objekt in L1, damit es Licht daran hindert, auf die Erde zu gelangen?".
Nun, Sie müssten es auch zu einem unglaublich großen Objekt machen ... Und Sie sollten wahrscheinlich nachsehen, ob es hier bereits Beiträge zur Aufrechterhaltung der L1-L3-Umlaufbahnen gibt
Werde ich tun, außerdem sollte ich klarstellen, dass es keinen Schatten vollständig über die Erde werfen muss. Sein Schatten muss nur die Erde erreichen.
@Jeffyx L1 ist 1,5 Millionen km von der Erde entfernt. Der Mond ist etwa 0,4 Millionen km entfernt und kaum groß genug, um bei Sonnenfinsternissen einen Schatten zu werfen. Ihr Objekt sollte also ungefähr viermal größer sein als der Mond. Viel Glück damit.
Ein Problem mit L2 ist, dass Sie im Schatten der Erde landen

Hinweis: Die Frage wurde radikal umgeschrieben, seit diese Antwort geschrieben wurde. Folglich ist es für die Frage nicht mehr relevant.

Wenn Sie möchten, dass ein Objekt zwischen Sonne und Erde bleibt, muss es sich am Punkt Erde-Sonne L1 befinden, der etwa 1,5 Millionen km entfernt ist. Wir haben dort bereits Sachen: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_and_Heliospheric_Observatory

Bei L1 können Sie dafür sorgen, dass Ihr Objekt die Sonne aus der Perspektive eines beliebigen Punktes auf der Erde überquert. Dies ist jedoch etwas anderes, als einen Schatten auf die Erde zu werfen. Um einen Schatten zu werfen, muss Ihr Objekt mindestens die gleiche Winkelgröße wie die Sonne haben, wie es von der Erde aus scheint. Praktischerweise hat der Mond ungefähr die gleiche Winkelgröße wie die Sonne und ist nur 384.400 km entfernt. Um die Sonne von L1 aus verdunkeln zu können, muss Ihr Objekt wesentlich größer als der Mond sein.

Jetzt, wo wir über etwas Großes sprechen, kommt die Physik der Lagrange-Punkte ins Spiel. Sie sind nur stabil (-ish) für Objekte mit vernachlässigbarer Masse im Vergleich zu primären und sekundären. SOHO hat im Vergleich zur Erde und zur Sonne eine vernachlässigbare Masse. Ein Sonnenschirm, der mehrere Male den Durchmesser des Mondes hat, tut dies wahrscheinlich nicht. Sie könnten versuchen, es eher als Scheibe als als Kugel zu machen (um seine Masse gering zu halten), aber ich gehe davon aus, dass Gezeitenkräfte es ziemlich schnell aus der Ausrichtung drehen würden. Seine Masse wird auch die Erdumlaufbahn merklich beeinflussen und die Position der Erde-Sonne L1 verändern. Sie werden mit einem komplizierten Gravitationstanz enden, da sowohl die Erde als auch Ihr Objekt versuchen, eine ähnliche Umlaufbahn zu teilen. Mögliche Ergebnisse sind:

  • Das Objekt kollidiert mit der Erde.
  • Das Objekt kollidiert mit dem Mond
  • Der Mond wird in eine viel elliptischere Umlaufbahn gezogen, was zu viel höheren Gezeiten führt, die ein riesiges Chaos auf der Erde anrichten.
  • Der Mond wird aus der Erdumlaufbahn geschleudert und kollidiert möglicherweise mit der Erde.
  • Das Objekt wird in eine elliptische Umlaufbahn um die Sonne geschleudert, wo es wahrscheinlich schließlich mit Erde, Venus oder Mars kollidiert. In der Zwischenzeit landet die Erde in einer etwas niedrigeren Umlaufbahn und einer elliptischeren Umlaufbahn, was dem Klima einen weiteren großen Schlag versetzt.
  • Eine Kombination der oben genannten Katastrophen, die dazu führen kann, dass das Objekt für eine Weile ein vorübergehender zweiter Mond ist.
L1 bis L3 sind nicht stabil, selbst wenn das Objekt im Vergleich zu Primär und Sekundär eine vernachlässigbare Masse hat . Nur L4 und L5 (die gleichdreieckigen L-Punkte) sind langfristig stabile Orte.
@ Sean: Stimmt. Aber für ein so großes Objekt werden die Instabilitäten von L1 bis L3 nicht ins Spiel kommen. Die Physik der Lagrange-Punkte trifft einfach überhaupt nicht zu.
Ich sehe kein großes Problem mit einer hohlen, sich drehenden Kugel. Das Drehen verhindert, dass es unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenbricht, und da es hohl ist, ist es mehrere Größenordnungen leichter als der Mond.
Ich hatte keine Ahnung, wie groß etwas sein muss, um einen echten Schatten zu werfen, danke für all die Informationen!
@MSalters: Ok, das könnte funktionieren. Es wird immer noch eine riesige Masse sein, um in einem instabilen L1 die Position zu halten, aber es ist wahrscheinlich nicht schwer genug, um das Erde-Sonne-System signifikant zu destabilisieren, und es hat viel Oberfläche, um Energie zu sammeln.
@ user3553031: Könnte die Oberfläche genügend Antrieb für die Stationshaltung bieten, indem Teile davon Licht selektiv reflektieren oder absorbieren?
@supercat: Vielleicht? Der Poynting-Robertson-Effekt, der Yarkovsky-Effekt und der Strahlungsdruck sind alle sehr schwach und liefern konstante Beschleunigungsvektoren, die nicht leicht gelenkt werden können. Der Vorschlag von MSalters ist eine rotierende Kugel. Um also irgendetwas mit einem festen Farbmuster zu erreichen, müssten Sie die Rotation der Kugel irgendwie mit den Schwingungen in ihrer Umlaufbahn synchronisieren. Möglicherweise können Sie etwas erreichen, indem Sie die Sonnenabsorption und das Reflexionsvermögen ständig ändern, während sich die Kugel dreht, aber ich bin mir nicht sicher, wie die Energie, die dazu erforderlich ist, mit dem erzeugten Schub verglichen wird.
@ user3553031: Die Energie, die erforderlich ist, um ein Panel zwischen reflektierend und lichtabsorbierend umzuschalten, ist winzig im Vergleich zu der Energie, die ein lichtabsorbierendes Panel von der Sonne empfangen könnte. Ich denke, das größere Problem wäre die Reaktionsmasse, wenn die ankommenden Photonen nicht für diesen Zweck verwendet werden könnten. Ich würde erwarten, dass ein Spiegel eine Kraft senkrecht zu seiner Oberfläche erzeugt, während ein lichtabsorbierendes Material eine Kraft parallel zum einfallenden Licht erzeugt. Diese beiden Tatsachen zusammen sollten somit eine gewisse Kontrolle über die Kraftrichtung ermöglichen.

Sie sind auf dem richtigen Weg, wenn Sie nach Lagrange-Punkten suchen, Umlaufbahnen, in denen ein kleines Objekt in derselben Beziehung zu zwei Himmelskörpern bleiben kann, von denen einer den anderen umkreist. Der, den Sie beschreiben, ist der L2-Punkt Erde-Sonne, ein Punkt außerhalb der Umlaufbahn der Erde um die Sonne. Auf dieser Wikipedia-Seite erfahren Sie mehr.

Danke, das war hilfreich für mich, meine richtige Frage herauszufinden.

Mit Motoren!

Eine Umlaufbahn bei L1 ist durchaus möglich, solange Ihr Satellit regelmäßig kleine Bursts von seinen Triebwerken verwendet, um ihn dort zu halten. L1 ist „instabil“, was bedeutet, dass ein Satellit ohne Triebwerke schließlich von L1 wegdriften wird. Aber je näher Ihr Satellit an L1 bleibt, desto weniger Treibstoff benötigt er, um an Ort und Stelle zu bleiben. Triebwerke mit niedrigem Schub und hohem spezifischem Impuls wie Ionentriebwerke werden häufig verwendet, um Satelliten auf der richtigen Umlaufbahn zu halten.

Wie könnte ein Satellit der Erde um die Sonne folgen und dabei außerhalb der Erdumlaufbahn bleiben?
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