Kann sich die axiale Neigung eines Planeten so drehen, dass er immer seinem Stern zugewandt ist?

Wahrscheinlich nicht, denn entweder müsste der Planet zu nah an seinem Stern sein, oder sein Mond müsste zu nah am Planeten sein.

Nehmen wir als Beispiel die Erde.

Die einfache Berechnung der Präzession erster Ordnung – für den Moment die Auswirkung des Mondes ignorierend – zeigt, dass die Präzessionsrate von der Masse des Sterns und von der großen Halbachse der Umlaufbahn abhängt$a$hoch minus dritte Potenz ($a^{-3}$). Die Präzessionszeit, die die Erde haben würde, wenn nur die Sonne eine Rolle spielen würde, würde etwa 40.000 Jahre betragen. Die einzige praktikable Möglichkeit, die Präzessionsrate zu erhöhen, besteht darin, sie zu verringern$a$indem die Erde näher an die Sonne heranrückt. ("Aber wird die Erde dadurch nicht heißer?", höre ich Sie fragen. Ja, das wird es.) Die Verringerung der Erdumlaufbahn um den Faktor 34 sollte ausreichen ($34^{3} \approx 39,000$) -- nur dass jetzt die Umlaufbahn so klein ist, dass das Erdjahr nur noch 2,2 Tage lang ist! Also müssen wir die Erde noch näher rücken ...

Es gibt im Prinzip einen magischen Punkt, an dem Präzessionsrate = Umlaufzeit, weil die Präzessionsrate mit ansteigt$a^{-3}$, während die Umlaufzeit mit sinkt$a^{-1.5}$. Nach der einfachen Formel gleichen sie sich aus, wenn man die Erdumlaufbahn auf etwa 1/1200 ihrer ursprünglichen Größe verkleinert. Zu diesem Zeitpunkt beträgt das „Jahr“ der Erde jedoch nur etwa 12,5 Minuten. Außerdem befindet sich die Erde tief in der Sonne – nur etwa 20 % des Weges vom Zentrum bis zur Sonnenoberfläche –, sodass die einfachen Annäherungen, die wir verwendet haben, nicht mehr gültig sind. (Und es ist sehr, sehr heiß.)

In Wirklichkeit trägt der Mond auch zur Präzession bei, und sein Beitrag kann verstärkt werden, indem der Mond näher an die Erde bewegt wird, was nicht das Problem hat, gleichzeitig die Länge des Erdjahres zu verkürzen. Wenn Sie also den Mond etwa 34-mal näher heranrücken, könnten Sie die Präzessionsrate aufgrund des Mondes im Prinzip auf etwa einmal pro Jahr erhöhen. Dies würde den Mond knapp außerhalb seines Roche-Lappens bringen, sodass er wahrscheinlich nicht aufbrechen würde (es sei denn, sein Inneres wäre geschmolzen, und dann würde er es vielleicht tun). Natürlich würde eine solche Nähe des Mondes zu enormen Gezeiten führen, die die Erdrotation bremsen (und den Mond dazu bringen würden, sich nach außen zu bewegen); In einer stabileren Situation wäre die Erdrotation gezeitenabhängig an die Umlaufbahn des Mondes gebunden, sodass sich der Mond von der Erde aus gesehen niemals am Himmel bewegen würde. und der Tag würde etwa 3 ½ Stunden lang sein. Aber wenn sich die Erde schneller dreht, würde dies der Fall seinReduzieren Sie die Präzessionsrate (die proportional zu ist$1/\omega$, wo$\omega$ist die Rotationsrate der Erde), also müssten Sie den Mond noch näher heranrücken ... Letztendlich glaube ich nicht, dass Sie vermeiden können, dass der Mond so nahe ist, dass er von den Gezeitenkräften auseinandergerissen wird. Was schade wäre, es sei denn, Sie mögen Ringe.

Sicher, das kann es, aber Sie würden (geologisch gesehen) den Planeten schnell verdampfen, Sie würden jährlich etwa 1,4 * 10 ^ 27 Nm Drehmoment benötigen, um die Rotationsachse dazu zu bringen, 360 Grad pro Jahr zu präzedieren, was Sie verlangen . das wird 1,4*10^27j Abwärme erzeugen. Um das ins rechte Licht zu rücken: Eine Megatonne entspricht 4,18*10^15j, sodass Sie jährlich Abwärme im Wert von 291.666.666.666 Millionen Tonnen TNT erhalten (das sind ziemlich genau 0,1 % der gesamten konstanten Leistung der Sonne). Die Erde wiegt 5,97 * 10 ^ 24 kg, das sind also 234,5 J pro Kilogramm und Jahr für den gesamten Planeten vom Kern bis zur Exosphäre, was den gesamten Planeten jedes Jahr um etwa 0,25 K pro Jahr erwärmen wird. Sie werden den gesamten Planeten innerhalb von 6800 Jahren schmelzen und verdunstet es massenhaftnach nur 11800 Jahren. Das setzt voraus, dass Sie von einem vollständig festen Klumpen aus reinem Siliziumdioxid ausgehen, was die Erde nicht ist. Es wird viel weniger Zeit in Anspruch nehmen, eine erdähnliche Welt zu verdampfen.

Aus den anderen Antworten scheint klar hervorzugehen, dass es ziemlich schwierig wäre, das zu erreichen, wonach Sie suchen, wenn die axiale Neigung des Planeten nicht Null wäre.

Ich würde gerne wissen, ob es möglich ist, dass die Neigung relativ zum Massenmittelpunkt der Sterne immer gleich ist

Nun, Sie könnten dem Planeten eine axiale Neigung von null Grad geben. In diesem Fall wäre die "Neigung" bezüglich des Sterns immer gleich. Natürlich würde dies einige der Möglichkeiten, die Sie erkunden wollten, nicht schaffen:

wie die ewigen Tage und Nächte in den Polen

Das Fehlen einer axialen Neigung (und folglich von Jahreszeiten) würde jedoch zu anderen merkwürdigen Phänomenen führen, die Sie interessieren könnten. Was wäre, wenn ein erdähnlicher Planet keine axiale Neigung hätte?

Nein, ich kann nicht.

Es würde bedeuten , im Laufe eines einzigen Jahres den Drehimpuls des gesamten Planeten zu ändern, indem er sich um eine ganze Umdrehung dreht.

Anders gesagt: Es wäre eine vollständige axiale Präzession in einem Jahr (anstelle der standardmäßigen 25.765 Jahre).

Die axiale Präzession ist auf die "abgeflachte" Erdform aufgrund der Rotation zurückzuführen und wäre für Planeten, die sich schneller drehen, schneller; es wäre nicht möglich, es so kurz wie ein einziges Jahr zu haben, weil der Planet zuerst zerfallen würde.

Ja, du kannst. Während die Präzession der axialen Neigung der Erde 26.000 Jahre beträgt, hat die SOI der Sonne einen Radius von fast einem Lichtjahr. Selbst wenn man nur die Präzessionskomponente des Mondes verwendet, wäre es leicht möglich, einen erdgroßen Planeten und einen Mond weit genug entfernt zu platzieren, um dies zu erreichen.

Natürlich endet man auf diese Weise mit einer dunklen Eiskugel einer Welt.

Sind Sie bereit, ein zirkumbinäres System zu haben, in dem die Umlaufzeit des Planeten ähnlich der des Saturn ist (30 Jahre)? Dann, beobachtbar, ja.

Kepler-413b befindet sich in einem Doppelsternsystem in einer zirkumbinären Umlaufbahn. Die Neigung seiner Achse ändert sich alle 11 Jahre um bis zu 30 Grad. Es empfängt zwischen dem 1,7- und 3,8-fachen des Sternenflusses wie wir auf der Erde, also ist es ein bisschen heiß. Wenn Sie es 1,4-mal weiter nach außen bewegen könnten, wäre der Fluss hier 0,85- bis 1,9-mal, also möglicherweise wesentlich entfernt vom Äquator überlebensfähig. Die axiale Neigung, die orbitale Präzession und die orbitale Neigung scheinen sich alle auf derzeit unvorhergesehene Weise zu ändern. Dies kann auf zusätzliche Gravitationsakteure in der Sternumgebung (Planeten oder Sterne) zurückzuführen sein. Aber, falls sinnvoll, erlaubt die schnelle axiale Präzession sein

• behoben, wenn Sie keine zusätzlichen Akteure haben und synchronisierte Stern-Stern- und Planet-Stern-Umlaufbahnen haben,
• durch kleine zufällige Mengen aufgrund zusätzlicher Akteure gestört: Planeten oder kleine/ferne Sterne, und/oder
• durch große Mengen von einem großen Akteur gestört, der sich auf einer sehr exzentrischen Umlaufbahn um das CoM befindet.

Bearbeiten (Details aus Referenzen):

• „ Die Neigung der Rotationsachse des Planeten kann über 11 Jahre um bis zu 30 Grad variieren “,
• „ Außerdem erfährt das CBP unter dem Einfluss des EB Cassini-ähnliche Zustände, in denen die Schiefe des Planeten mit einer Geschwindigkeit präzediert, die mit seiner orbitalen Präzession vergleichbar ist [‚von ~4000 Tagen‘].“ und in ihrer Zeitung wiederholt ,
• das erratum: „ der spinpräzessionspol des planeten [...] oszilliert mit der orbitalpräzessionsfrequenz von 11 yr “ sie schlagen eine mögliche zusätzliche schiefe präzession „um die binäre achse mit einer periode von ∼300 yr“ vor.