Wissenschaftliche Hilfe zum Tag/Nacht-Zyklus?

Zunächst einmal hängt die Dauer von Tag und Nacht auf einem Planeten vom Standort und der Jahreszeit ab: Hier auf der Erde haben wir 6 Monate durchgehendes Tageslicht an den Polen, gefolgt von 6 Monaten durchgehender Nacht am Äquator wir haben einen ungefähr konstanten Wechsel von 12 Stunden Tageslicht und 12 Stunden Nacht.

Und zur Tagundnachtgleiche dauert der Tag auf der ganzen Erde 12 Stunden.

Indem Sie mit der axialen Neigung des Planeten spielen, können Sie das relative Verhältnis von Tag und Licht und seine Verteilung auf dem Planeten steuern.

Siehe zum Beispiel Uranus , der mit seiner axialen Neigung von 97 Grad praktisch auf der Ekliptik „rollt“. Während des größten Teils eines uranischen Jahres ist nur eine Hemisphäre der Sonne zugewandt, während die andere in ständiger Nacht ist.

Weitere Informationen über die dahinter stehende Mathematik finden Sie hier , was für den Fall der Erde gilt.

Bezüglich der anderen Objekte am Himmel: Ihre Welt ist Teil eines Doppelplanetensystems mit einem einzigen fernen Mond. Es gibt keine andere Möglichkeit, zwei Planeten dazu zu bringen, sich einen einzigen Mond zu teilen. Die beiden Planeten wären in diesem Fall notwendigerweise durch Gezeiten miteinander verbunden (es sei denn, das System ist sehr jung), sodass der andere Planet am Himmel fixiert und nur von einer Hemisphäre aus sichtbar wäre.

Das kann die verlängerte Nachtzeit sehr gut erklären, solange Sie damit einverstanden sind, dass dieser Effekt nur auf einen Teil des Planeten beschränkt ist und nicht auf den gesamten Planeten. Außerdem wären Ihre zehn Stunden Licht nicht zusammenhängend. Dies würde dadurch erreicht, dass der Begleitplanet die Sonne jeden Tag für 6 Stunden verfinstert.

Eine zweite Möglichkeit, die verlängerte Nachtzeit zu erklären, ist eine sehr nachdenkliche und weitgehend undurchsichtige Atmosphäre. Während der Tagesmitte wird die Entfernung, die das Licht durch die Atmosphäre zurücklegen muss, um auf den Boden zu gelangen, minimiert, und so wird mehr davon durchgefiltert, aber Sie erhalten extrem verlängerte Dämmerungsperioden, wenn die Sonne niedriger am Himmel steht, so dass etwa 3 Stunden nach dem astronomischen Sonnenaufgang und vor dem astronomischen Sonnenuntergang so wenig Licht durch den längeren Abschnitt der Atmosphäre zwischen Sonne und Erde filtern kann, dass es genauso gut Nacht sein könnte. Der Haken dabei ist natürlich, dass es sehr schwierig wäre, die anderen gewünschten Himmelskörper am Himmel zu sehen!

Eine weitere Option: Gottähnliche Aliens. Die Sonne ist keine normale Sonne, sondern entweder ein Mikro-Schwarzes Loch oder ein künstliches Fusionskraftwerk und eine Lampe, die den Planeten nahe genug umkreist, dass sie zu jeder Zeit nur etwas mehr als die Hälfte des Planetendurchmessers beleuchtet, anstatt eine ganze Halbkugel. Naiverweise würde dies die Pole in dauerhafter Dunkelheit belassen, sodass nur die Tropen tatsächlich die vollen zehn Stunden Licht pro Tag erhalten würden, aber die Außerirdischen hätten eine Lampe mit Fokussieroptik bauen können, die das Licht über den gesamten Längsdurchmesser des Planeten verteilt von Pol zu Pol, aber aus irgendeinem Grund nur die Hälfte des Breitengraddurchmessers.

Und schließlich: Ihr Planet und sein Begleitplanet und Mond sind ein schurkisches Planetensystem, das in der Nähe eines aktiven galaktischen Kerns (dh eines Quasars) mit einer axialen Neigung umkreist. Quasare sind hell genug für erdähnliche Beleuchtungsniveaus in Entfernungen von Hunderten von Lichtjahren, und die Umlaufgeschwindigkeit wäre langsam genug, dass Sie das Planetensystem auf Zeitskalen des Geschichtenerzählens als vollständig stationär in Bezug auf seine "Sonne" betrachten können. Es gibt also keine Jahreszeiten, sondern nur eine permanente statische Variation der Tageslänge in Bezug auf den Breitengrad. Dies würde Ihnen daher nicht auf dem gesamten Planeten die gleiche Beleuchtungsdauer geben, aber irgendwo in einem bestimmten Breitengrad könnten Sie 10 Stunden Licht für alle 22 Stunden Dunkelheit erhalten.

Wenn der große Planet in der Nähe ist, könnten sie durch Gezeiten gesperrt werden, sodass jeder Tag 16 Stunden Nacht, 6 Stunden totale Sonnenfinsternis und 10 Stunden Tageslicht hat, aber ich weiß nicht, ob eine so enge Umlaufbahn möglich ist.

Eine andere Option ist ein tiefes Tal, 16 Stunden Nacht, 3 Stunden Schatten, 10 Stunden Tageslicht, 3 Stunden Schatten,

beide Effekte sind lokalisiert. gilt nicht für die gesamte Planetenoberfläche.

Hier gibt es eine ähnliche Frage: Kann ein Planet einen Tag haben, der immer länger als die Nacht ist? 1

Einige der Antworten könnten für Sie nützlich sein, wenn Sie einen Weg finden, die Situation umzukehren.

Hinzugefügt am 07. Januar 2019. Ich füge dieses Zitat aus meiner Antwort auf eine ähnliche Frage hinzu:

Es gibt einen einfachen geometrischen Grund, warum normale Sterne jeweils die Hälfte der Oberfläche eines Planeten beleuchten.

Der Planet Erde hat einen Durchmesser von 12.742 Kilometern, die Sonne hat einen Durchmesser von 1.391.400 Kilometern, also 109,19 mal so groß. Wenn sich also die Sonne und die Erde berühren würden, würde die Sonne zu jedem Zeitpunkt viel mehr als die Hälfte der Erdoberfläche beleuchten. Je weiter die Sonne von der Erde entfernt war, desto kleiner war der Anteil der Erdoberfläche, den sie in jedem Moment beleuchten würde. Aber selbst in unendlicher Entfernung würde die Sonne immer noch mindestens die Hälfte der Erdoberfläche in jedem Moment beleuchten.

Jeder normale erdähnliche bewohnbare Planet, der einen normalen sonnenähnlichen Stern in einer normalen Entfernung umkreist, die erforderlich ist, um sich in der bewohnbaren Zone dieses Sterns zu befinden, wird zu jedem Zeitpunkt etwas mehr als 50 Prozent seiner Oberfläche von diesem Stern erhellen.

Könnte dieser Planet existieren? 2

Das Problem hier ist also, dass angesichts der wahrscheinlichen und vielen möglichen Unterschiede zwischen der Größe eines möglichen bewohnbaren Planeten und seines Sterns immer eine Hälfte des Planeten von seinem Stern beleuchtet würde. Da der Stern eines vernünftig bewohnbaren Planeten den zehn- oder hundertfachen Durchmesser des Planeten haben sollte, würde die Strahlung des Sterns tatsächlich etwas mehr als 50 Prozent der Planetenoberfläche gleichzeitig beleuchten.

Jeder bewohnbare Planet hätte auch eine ziemlich dichte atembare Atmosphäre, und die atmosphärische Brechung würde dazu führen, dass der Himmel hell bleibt, selbst wenn sich der Stern einige Grad unter dem Horizont befindet. So würden Morgen- und Abenddämmerung den Tag etwas länger dauern lassen als die Nacht.

Wenn der Planet, wie die Erde, eine erhebliche axiale Neigung hat, gäbe es natürlich einige Regionen auf dem Planeten, in denen es während 2 kurzen Perioden pro Jahr 22 Stunden Nacht und 10 Stunden Tag gibt. Es gibt tatsächlich Orte auf der Erde in der Nähe der Pole, die mitten im Sommer jeden Tag 24 Stunden Tageslicht und mitten im Winter jede Nacht 24 Stunden Dunkelheit haben, also gibt es sicherlich Orte auf der Erde, an denen das Tageslicht manchmal 0,3125 a dauert 24-Stunden-Zyklus oder 7,5 Stunden pro Tag – aber nur für 2 kurze Perioden pro Jahr.

Dass das Tageslicht des Planeten nur 0,3125 seiner Rotationsperiode dauert, erscheint mir fast unmöglich, da der Stern, der den Planeten beleuchtet, weit vom Planeten entfernt sein und ein Vielfaches des Planetendurchmessers haben sollte.

In meiner Verzweiflung schlage ich also vor, dass der Planet irgendwie sehr nahe an einem sehr schwachen und sehr kleinen Stern sein könnte, der tatsächlich einen deutlich kleineren Durchmesser als der Planet hat. Daher könnte zu jedem Zeitpunkt nur weniger als die Hälfte des Planeten von dem Stern beleuchtet werden.

Ein bewohnbarer Planet könnte erheblich größer sein als die Erde, obwohl es Grenzen gibt, wie groß ein Planet sein und trotzdem bewohnbar sein könnte.

Aber selbst der kleinste rote Zwergstern sollte einen mehrfachen Durchmesser der Erde haben und daher wahrscheinlich nicht wesentlich kleiner sein als der eines plausiblen bewohnbaren Planeten.

Weiße Zwergsterne haben typischerweise einen Durchmesser zwischen 0,8 Prozent und 2 Prozent des Sonnendurchmessers, verglichen mit dem Erddurchmesser von 0,9 Prozent des Sonnendurchmessers. Ein sehr kleiner Weißer Zwerg könnte also einen Durchmesser von 0,8 Prozent des Sonnendurchmessers haben und von einem Planeten umkreist werden, dessen Durchmesser dem der Erde entspricht, 0,9 Prozent des Sonnendurchmessers oder etwas größer ist, vielleicht 1,0 Prozent des Sonnendurchmessers , oder 1,5 Prozent des Durchmessers der Sonne usw.

Es wurde vorgeschlagen, dass Weiße Zwerge mit Oberflächentemperaturen von weniger als 10.000 Kelvin eine bewohnbare Zone in einer Entfernung von ca. 0,005 bis 0,02 AE, die mehr als 3 Milliarden Jahre dauern würden. Dies ist so nah, dass alle bewohnbaren Planeten von den Gezeiten eingeschlossen wären.

https://en.wikipedia.org/wiki/White_dwarf 3

Wenn Sie möchten, dass Ihr bewohnbarer Planet Tage hat, möchten Sie nicht, dass er von den Gezeiten eingeschlossen ist, wobei eine Seite immer zum Stern zeigt und beleuchtet ist und eine Seite immer vom Stern abgewandt und in ewiger Dunkelheit ist.

Und eine bewohnbare Zone um einen weißen Zwergstern von etwa 0,005 bis 0,02 AE würde etwa 747.989 bis 2.991.957 Kilometer oder 464.799 bis 1.859.116 Meilen betragen. Selbst wenn der bewohnbare Planet einen Durchmesser von 2 Prozent des Sonnendurchmessers oder 27.820 Kilometer hat, wäre eine Entfernung von nur 747.989 bis 2.991.957 Kilometern das 26,88- bis 107,54-fache des Durchmessers des bewohnbaren Planeten. In dieser Entfernung sollte zu jedem Zeitpunkt fast die Hälfte des Planeten von dem Stern beleuchtet werden.

Und es gibt das Problem, wie ein Planet den weißen Zwergstern in der habitablen Zone des Sterns umkreisen würde, was ziemlich zweifelhaft erscheint. Soweit ich weiß, könnte ein bewohnbarer Planet nur dann in der bewohnbaren Zone eines Weißen Zwergsterns existieren, wenn eine hochentwickelte Zivilisation ihn dort platziert.

https://astrobites.org/2013/02/23/the-fates-of-planets-orbiting-white-dwarfs/ 4

Daher scheint ein natürlich bewohnbarer Planet mit einem natürlich leuchtenden Stern, der nahe genug ist, um nur 0,3125 der Planetenoberfläche gleichzeitig zu beleuchten, äußerst unwahrscheinlich.

Daher sollte die Situation künstlich sein. Es könnte einen Schurkenplaneten in den eiskalten Tiefen des interstellaren Raums geben, dem von einer hochentwickelten Zivilisation ein künstlicher „Stern“ gegeben wurde, um ihn zu erleuchten.

Dieser künstliche „Stern“ oder „Sonne“ wäre ein riesiger künstlicher Satellit, der den Planeten umkreist und unzählige riesige Fusionsgeneratoren enthält, die unzählige Lampen auf der Oberfläche des Satelliten antreiben, die auf den Planeten gerichtet sind und den Planeten erleuchten und erwärmen.

Jeder Planet hätte eine natürliche Rotationsperiode. Die Umlaufbahn des Sonnensatelliten müsste also so berechnet werden, dass Umlaufzeit und Rotationsperiode des Planeten kombiniert werden, um den Sonnensatelliten alle 32 Erdstunden direkt über einen bestimmten Punkt auf der Oberfläche zu bringen.

Damit das Tageslicht 10 von 32 Erdstunden oder 0,3125 der gesamten 32 Stunden dauert, müsste der Sternsatellit zu jeder Zeit 0,3125 des Radius des Planeten beleuchten. Das wären 112,5 Grad statt 180 Grad.

Ich denke, einfache Geometrie würde zeigen, in welcher Höhe der Satellit umkreisen müsste, um 112,5 Grad der Oberfläche gleichzeitig zu beleuchten.

Und einfache Umlaufbahnberechnungen zeigen, in welcher Höhe der Satellit umkreisen müsste, um die natürliche Rotationsperiode des Schurkenplaneten zu kompensieren, um einen täglichen Zyklus von 32 Erdstunden zu erzeugen.

Dann sind Berechnungen erforderlich, um Faktoren wie Masse, Radius und Dichte des Schurkenplaneten und seine natürliche Rotationsperiode so zu modifizieren, dass es möglich ist, dass die Höhe, die erforderlich ist, um 112,5 Grad des Umfangs des Planeten gleichzeitig zu beleuchten, identisch ist mit der Höhe, die für einen Tageszyklus von 32 Erdstunden erforderlich ist.

Wenn der Sonnensatellit zu irgendeinem Zeitpunkt 112,5 Grad des Planetenumfangs beleuchtet, erreicht der beleuchtete Bereich 56,25 Grad auf beiden Seiten des Subsatellitenpunkts. Wenn der Sonnensatellit eine äquatoriale Umlaufbahn hat, werden die Regionen mehr als 56,25 Grad nördlich und südlich des Äquators niemals vom Sonnensatelliten beleuchtet oder erwärmt und haben ewige Nacht.

Regionen zwischen dem Äquator und 56,25 Grad Nord oder Süd mit Tageslichtlängen, die von 10 Erdstunden pro 32 Erdstundentag am Äquator bis zu null Stunden Tageslicht bei 56,25 Grad Nord oder Süd reichen.

Wenn der Sonnensatellit in eine etwas höhere Umlaufbahn um den Planeten gebracht wird, kann es eine Umlaufbahn geben, in der der Planet als Ganzes durchschnittlich 10 Erdstunden Tageslicht pro 32 Erdstundenperiode hat, wobei Orte näher am Äquator längere Tagesmengen haben und Orte, die weiter vom Äquator entfernt sind, haben kürzere Tageslichtperioden.

Es könnte die Möglichkeit bestehen, einen natürlichen Stern mit einer natürlichen Tageslichtperiode von 0,3125 einer Rotationsperiode zu haben.

Es könnte eine Schicht in der Planetenatmosphäre und/oder eine Zone von Teilchen irgendeiner Art im Orbit um den Planeten geben, die das Licht des Sterns reflektiert, wenn es in einem Winkel von weniger als 33,75 Grad über der Horizontalen auftrifft. Daher wird Sonnenlicht niemals den Boden des Planeten erreichen, es sei denn, der Stern oder die Sonne des Planeten befindet sich mehr als 33,75 Grad über der Horizontalen, und die beleuchtete Periode sollte nur 0,3125 der gesamten Rotationsperiode von 32 Erdstunden dauern.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der in der ursprünglichen Frage erwähnte "größere Planet in der Nähe" ein Gasriesenplanet ist und der Planet in der Geschichte tatsächlich ein riesiger erdgroßer bewohnbarer Mond des Gasriesenplaneten ist.

Der planetengroße Mond würde gezeitengesperrt sein, so dass eine Seite des planetengroßen Mondes immer dem Gasriesenplaneten zugewandt ist und eine Seite immer vom Gasriesenplaneten abgewandt ist.

Wenn der planetengroße Mond den Gasriesenplaneten mit einer Periode von 32 Erdstunden umkreist, würde die Seite, die dem Gasriesenplaneten abgewandt ist, dem Stern zugewandt und für die Hälfte dieser Zeitspanne, oder 16 Stunden, beleuchtet und Tageslicht haben und in Richtung zeigen vom Stern und in dunkler Nacht für 16 Stunden.

Wenn der planetengroße Mond den Gasriesenplaneten mit einer Periode von 32 Erdstunden umkreisen würde, würde die Seite, die dem Gasriesenplaneten zugewandt ist, auch dem Stern zugewandt sein und für die Hälfte dieser Zeitspanne oder 16 Stunden beleuchtet werden und Tageslicht haben und in Richtung zeigen vom Stern und sei 16 Stunden lang in dunkler Nacht. Außer...

Außer was?

Außer dass, wenn der planetengroße Mond auf der von ihrem Stern abgewandten Seite des Gasriesenplaneten war und somit die Seite des planetengroßen Mondes, die immer dem Gasriesenplaneten zugewandt war, auch dem Stern zugewandt und beleuchtet war, der Planet- Mondgröße könnte in den Schatten des Gasriesenplaneten eindringen und eine Sonnenfinsternis haben, die Stunden dauern könnte.

Eine solche Sonnenfinsternis des Gasriesenplaneten müsste sechs Stunden dauern, um sechzehn Erdstunden Tageslicht in nur 10 Erdstunden Tageslicht zu verwandeln, fünf Stunden vor der Sonnenfinsternis und fünf Stunden nach der Sonnenfinsternis.

Die Riesenplaneten in unserem Sonnensystem haben Durchmesser von etwa 49.244 Kilometer (Neptun), 50.724 Kilometer (Uranus), 116.646 Kilometer (Saturn) und 139.822 Kilometer (Jupiter), wobei Riesenplaneten auch etwas größere Durchmesser als Jupiter haben können .

Rote Zwergsterne haben Durchmesser von bis zu 0,8 Prozent des Sonnendurchmessers und damit bis zu etwa 11.131 Kilometern. So kann ein Riesenplanet einen mehrfachen Durchmesser seines Sterns haben, wenn sein Stern ein sehr kleiner roter Zwerg ist, was bedeutet, dass sich der vom Riesenplaneten geworfene Schatten mit der Entfernung ausdehnt, anstatt sich zusammenzuziehen. Das sind sicherlich gute Nachrichten für die Dauer der Sonnenfinsternis auf dem planetengroßen Mond.

Vielleicht ist es also möglich, dass ein planetengroßer Mond, der einen riesigen Planeten umkreist, Finsternisse hat, die lang genug sind, dass Orte auf der Seite des planetengroßen Mondes, die dem Planeten zugewandt sind, alle 32 Erdstunden nur zehn Erdstunden Tageslicht haben.

Es gibt zwei Probleme mit dieser Situation.

1) Orte auf der anderen Seite des planetengroßen Mondes, die vom Riesenplaneten abgewandt sind, haben alle 32 Erdstunden sechzehn Erdstunden Tageslicht und sechzehn Erdstunden Nacht.

2) Orte auf der Seite des planetengroßen Mondes, die dem Riesenplaneten zugewandt sind, werden ihre Dunkelheitsperioden etwas durch das vom Riesenplaneten reflektierte Sonnenlicht aufhellen, das ein Vielfaches der Helligkeit eines Vollmonds auf der Erde haben sollte. Es ist möglich, dass dies ausreicht, um ihre Nachtstunden erheblich zu verkürzen.

Das sind also meine Vorschläge, um einen Planeten mit viel längerer Nacht als Tag zu erreichen.