Будут ли луны газового гиганта казаться фазовыми, если смотреть на них с другой, заблокированной приливом Луны?

Второй ответ 14.10.2021

Использование месяца на основе синодического периода двух лун.

Я предположил, что одним из возможных оснований для месячного эквивалента обитаемой Луны будет синодический период внешней Луны с внутренней и обитаемой Луной. Я также отметил, что чем больше похожи орбитальные периоды двух лун, тем длиннее будет их синодический период.

Для вашего вопроса требуется день обитаемой луны, заблокированной приливом, и, следовательно, период оритабле, равный 25 земным часам.

Предположим, что вы хотите, чтобы месяц, основанный на синодическом периоде двух лун, составлял 28, 29 или 39 из 25-часовых дней обитаемой луны. Это дало бы им около 700 часов или 29,1666 земных дней, 725 часов или 30,208333 земных дня, или 750 часов или 31,25 земных дня в длину.

Согласно моим грубым расчетам, чтобы синодический период и месяц составляли 28 дней обитаемой луны, внешняя луна должна была бы иметь период обращения примерно в 1,0370369 раз больше, чем у обитаемой луны, или 1,0370369 дней обитаемой луны, или 25,925922 земных часа.

Согласно моим грубым расчетам, чтобы синодический период и месяц составляли 29 дней обитаемой Луны, внешняя Луна должна была бы иметь период обращения, умноженный на 1,0357143 длины обитаемой Луны, или 1,0357143 дней обитаемой Луны, или 25,892857 земных часов.

Согласно моим грубым расчетам, чтобы синодический период и месяц составляли 30 дней обитаемой Луны, внешняя Луна должна была бы иметь период обращения в 1,0344824 раза больше, чем у обитаемой Луны, или 1,0344824 дня обитаемой Луны, или 25,86206 земных часов.

Итак, если основой месяца обитаемой Луны является синодический период двух лун, и если вы хотите сделать месяц, используемый на обитаемой Луне, равным 28, 29 или 30 дням обитаемой Луны, внешней луне. должны будут двигаться по почти идентичной орбите и с почти одинаковым периодом обращения. Таким образом, он должен выглядеть очень большим, если смотреть с пригодной для жизни луны, когда он находится в оппозиции, и намного меньше, когда он находится дальше по своей орбите.

Использование месяца на основе фаз внешней Луны.

Я пересмотрел использование фаз внешней луны в качестве основы для месяца обитаемой луны. Если внешняя луна вращается в несколько раз дальше от планеты, чем обитаемая луна, и имеет период обращения в несколько раз больше, чем у обитаемой луны, это может сработать.

Теперь попробуйте использовать орбитальные отношения между Землей и Сатурном в качестве модели орбитальных отношений между пригодной для жизни луной и внешней луной. Земля находится в 1 а.е. от Солнца, а Сатурн - в 9,5388 а.е. от Солнца. Земля имеет период обращения 1 земной год, а Сатурн имеет период обращения 29,4577 земных лет, а их синодический период составляет 378,09 земных дней, или около 1,035154 земных года.

Таким образом, если обитаемая луна вращается вокруг планеты-гиганта с большой полуосью в 1 единицу, внешняя луна будет вращаться вокруг планеты-гиганта с большой полуосью в 9,5388 единиц. Если период обращения и, таким образом, день обитаемой Луны, находящейся в состоянии приливов и отливов, составляет 25 земных часов, то период обращения внешней Луны будет в 29,4577 раз больше, чем у обитаемой Луны, или 736,4425 земных часов, или 30,685104 земных дня, а синодический период две луны будут 25,87885 часов.

Таким образом, синодический период двух лун составит 25,87885 часов, а период обращения — 736,4425 часов, что в 28,457311 раз больше синодического периода. Таким образом, в течение каждого синодического периода внешняя луна перемещалась по своей орбите на 12,650527 градусов.

Предположим, что есть время, когда внешняя Луна полная, если смотреть с планеты, потому что звезда, планета и внешняя луна расположены по прямой линии. И предположим, что в это время обитаемая луна также находится на этой линии между звездой, планетой, и внешней луной, и внешняя луна также кажется полной от обитаемой луны.

Если цикл оппозиций начинается с идеальной линии, положения двух лун будут в наихудшем положении для просмотра во время следующего полнолуния. следующий возможный

Через 736,4425 земных часов звезда, планета и внешняя луна снова выстроятся в линию, и внешняя луна будет казаться полной, если смотреть с планеты. А внутренняя обитаемая луна совершит 29,4577 оборотов вокруг планеты и будет на 164,772 градуса опережать внешнюю луну или на 195,228 градуса отставать от нее и почти напротив внешней луны.

Возвращаясь немного назад во времени, к тому моменту, когда внешняя Луна прошла ровно 28 раз за синодический период, или за 724,6078 часов, она совершит 28,98432 оборота вокруг планеты и, таким образом, будет на 354,35232 градуса впереди линии между звездой, планета и внешняя луна, или 5,64768 градусов позади нее. Таким образом, линия между планетой и двумя лунами будет всего в 5,64 градуса от линии между звездой, планетой и внешней луной. Таким образом, внешняя луна должна казаться почти полной, если смотреть с обитаемой луны.

И, конечно же, в большинстве месяцев 28-й синодический период наступит, когда две луны выстроятся ближе, чем на 5,63 градуса к линии между звездой, планетой и внешней луной, и поэтому внешняя луна будет выглядеть еще более полной в течение большей части месяца. 28 противостояний за месяц.

Таким образом, сделать средний месяц в календаре обитаемой Луны 29-дневным, а иногда и 28-дневным месяцем, должно работать хорошо.

Но есть проблема. Предполагается, что год планеты составляет 4 земных года или около 1461 земного дня. Таким образом, планета будет двигаться со скоростью около 0,2464065 градусов за земной день или 0,0102669 градусов за земной час. Сидерический период обращения внешней луны составляет 736,4425 земных часа, поэтому планета и ее спутники пролетят около 7,5609815 градусов по орбите планеты за этот период. Таким образом, внешней луне придется пройти еще 7,5609815 градусов по своей орбите, чтобы снова выровняться со звездой со скоростью 0,4888365 градусов в час, что займет 15,467301 часа.

Таким образом, синодический месяц внешней Луны, если смотреть с планеты, будет составлять 751,9098 часа, что составляет 30,076392 дней обитаемой Луны и 29,054992 синодических периода двух лун. Таким образом, месяц из 30 обитаемых лунных дней будет примерно 28,981195 синодических периодов двух лун. Таким образом, я думаю, им придется иногда иметь 31-дневный месяц.

Краткий ответ: да, будут.

Длинный ответ: даже если каждая луна заблокирована приливом, каждая из них имеет свою орбиту вокруг газового гиганта, поэтому их относительное положение по отношению к центральной звезде и планете со временем будет меняться.

Изменение относительного положения также изменит точку зрения и освещенную часть, которая видна, и это приведет к тому, что будут видны разные фазы.

Для наглядности посмотрите на эту анимацию орбитального резонанса спутника Юпитера Европы .

вы можете увидеть, как относительный угол обзора меняется в любой момент.

Домашняя Луна находится достаточно далеко от газового гиганта, чтобы ее магнитосфера защищала ее от большей части излучения. Приливное нагревание делает его немного более вулканически активным, чем земля.

Я не уверен, что вы можете иметь все три: «24-часовой орбитальный период», «приливное нагревание» и «достаточно далеко, чтобы быть в безопасности от радиационных поясов».

Я даже не уверен, что на Луне вообще можно получить существенную магнитосферу, даже с приливным нагревом. Однако сочетание толстой атмосферы и нахождения в пределах магнитосферы родительской планеты должно обеспечить некоторую защиту от солнечной радиации, и должна быть возможность управлять достаточно мягкой планетарной магнитосферой, чтобы локальные радиационные пояса не были проблемой.

Дни/месяцы - одна и та же единица времени

Был еще один вопрос о календарях внеземных миров, и аналоги месяцев, кажется, являются общей темой. Я не совсем уверен, зачем они нужны... это кажется ненужным, особенно без какой-либо культурной связи с Землей (или каким-то другим миром с однозначными лунными циклами). Соседние луны не будут генерировать значительных приливов и не будут сильно отличаться от окружающего освещения в ночное время... это важно, когда дело доходит до охоты или рыбалки.

Кажется, что только астрономам или астрологам будет интересно, но, возможно, этого достаточно, чтобы создать подходящий календарь.

Но к сути вашего вопроса:

Будут ли луны газового гиганта казаться фазовыми, если смотреть на них с другой, заблокированной приливом Луны?

(изображение с сайта jpl.nasa.gov , источник CC-BY Роман Ткаченко)

Вот, полумесяцы! Ио больше, ближе к Юпитеру, а Европа дальше. Неясно, как далеко находилась Юнона, когда она сделала снимок, но здесь есть недвусмысленная фазировка, и я почти уверен, что наблюдатель на Ио мог (вероятно, довольно кратко, учитывая погоду) увидеть фазы Европы во время ее движения по орбите.

Например, на газовом гиганте размером с Сатурн однодневный период обращения имеет радиус около 190 000 км, а 30-дневный орбитальный период имеет радиус около 1 860 000 км. Это дает максимальное расстояние встречи более 1,6 миллиона километров. На таком расстоянии луна размером с Титан имеет угловой диаметр около 10 угловых минут... это примерно треть диаметра полной Луны. Такой вид был бы возможен только с полушария Луны, обращенного в сторону от газового гиганта.

Если бы планета была обращена к вашей Луне, мир, подобный Сатурну, имел бы угловой диаметр 37 градусов, что было бы однозначно впечатляюще. Когда 30-дневная луна исчезнет над краем газового гиганта, она окажется на расстоянии немногим более 2 миллионов километров, что дает ее угловой диаметр 8,6 угловых минут... меньше, но не настолько, чтобы фаза не изменилась. быть видимым. Такой вид был бы возможен только с полушария Луны, обращенного к газовому гиганту.

Обратите внимание, что наличие действительно большой далекой луны и очень большой близкой луны немного маловероятно, но для родительской планеты, подобной Сатурну, это не выходит за рамки возможного.

это в первую очередь средневековое фэнтези, действие которого происходит на внешней стороне родной луны.

Упускаете лучший вид, ежедневные затмения, яркие сумерки, освещенные планетами, вместо настоящей ночи, лучшую защиту от космической радиации и метеоритов?

Ну каждому свое. Астрономия, по крайней мере та, которая смотрит на звезды и планеты, отличные от той, вокруг которой вращается Домашняя Луна, определенно была бы проще с точки зрения скучности, и фазы лун были бы более очевидны.

1. Наблюдатели со всей Home Moon будут видеть все остальные спутники, а не только наблюдателей на дальней стороне.

2. Поскольку Домашняя Луна заблокирована приливом, приливного нагрева не будет; чтобы понять почему, рассмотрим пальто, висящее на крючке в стене: совершает ли сила земного притяжения какую-либо работу над пальто? Согревает пальто? Отсутствие работы означает отсутствие энергии, которая может быть преобразована в тепло.

3. Быстрое движение других спутников по небу будет гораздо заметнее, чем их фазы.

4. У самого газового гиганта будут очень заметные и впечатляющие фазы.

Я сейчас занят другими делами, так что это краткий ответ.

Если другие луны имеют достаточно большой угловой диаметр, если смотреть с обзорной луны, чтобы казаться объектами, а не просто точками света, они, безусловно, будут показывать фазы.

По мере того, как наблюдаемая луна и наблюдаемые луны вращаются вокруг планеты, углы между ними и между каждой из них и планетой будут постоянно меняться.

Поскольку наблюдаемая луна и наблюдаемые луны вращаются вокруг планеты, планета также будет вращаться вокруг звезды. Таким образом, углы между лунами и планетой также изменятся относительно звезды.

в любой момент примерно одно полушарие планеты будет обращено к звезде и освещено, а другое полушарие будет темным. И то же самое касается каждой из лун.

Но когда звезда, луна, вращающаяся вокруг луны-наблюдателя, луна-наблюдатель и планета выстроятся в указанном порядке, внешняя луна покажет луне-наблюдателю свою темную сторону, как молодая луна, видимая с Земли. И чем дальше объекты удаляются от прямой линии, тем гуще будет выглядеть освещенный серп внешней луны с обзорной луны.

В ситуации, совершенно противоположной первой, когда звезда, планета, луна-наблюдатель и внешняя луна выстроены в указанном порядке, внешняя луна будет выглядеть полной с луны-наблюдателя. И чем дальше объекты удаляются от прямой линии, тем тоньше будет казаться освещенная сторона внешней Луны с обзорной Луны.

Все четыре объекта, звезда, планета, видимая луна и внешняя луна, могут быть очень редкими, чтобы все они были выстроены в одном из этих порядков. Вероятно, потребуется много оборотов двух лун вокруг планеты, поскольку планета вращается вокруг звезды, чтобы они выстроились в линию два раза подряд.

И если есть две или более внешних луны, которые подходят достаточно близко, чтобы показать свои фазы хотя бы на части своих орбит, редко какая-либо из них будет точно выровнена со звездой, планетой и луной-наблюдателем.

И ряды из пяти предметов будут гораздо реже, чем ряды из четырех предметов, а ряды из шести предметов будут гораздо реже, чем ряды из пяти предметов.

На самом деле, если вы добавите еще какие-либо внешние луны, которые могут проходить достаточно близко, чтобы иногда быть видимыми как сферы с наблюдаемой луны, время, прошедшее между последовательными моментами, когда планета, звезда, наблюдаемые луны и наблюдаемые луны все выстроенные в линию, могут быть длиннее, чем время, которое звезда проводит в своей фазе главной последовательности.

Добавлено 13.10.2021

Длинный ответ.

Писатель-фантаст должен решить, где он хочет, чтобы его история была по шкале жесткости научной фантастики Мооса.

https://tvtropes.org/pmwiki/pmwiki.php/Main/MohsScaleOfScienceFictionHardness

И они должны решить, как бы они себя чувствовали, если бы 1 читатель из 10, или 1 из 100, или 1 из 1000 увидел, что элементы их истории математически возможны. Некоторые писатели могут счесть это крайне унизительным.

Вы говорите, что ваш мир — мир фантазий, так что, возможно, вам все равно, насколько он реалистичен, кроме фантазии. Но если вы хотите быть реалистом в каком-то смысле, вам следует продолжить чтение.

Мой ответ и другие ответы уже показали, что люди во внешнем полушарии обитаемой луны, заблокированной приливом, могут видеть фазы лун с орбитами за пределами орбиты их луны, если, повторите, эти внешние луны большие и/или достаточно близко, чтобы были видны диски, по крайней мере, на некоторых участках их орбиты вокруг планеты.

Вы хотите, чтобы система обладала следующими характеристиками.

Газовый гигант меньше и ближе к Солнцу, чем Юпитер. Его орбита занимает всего около 4 земных лет, поэтому сезоны будут длиться около 1 земного года каждый и будут хорошей заменой годам: он видел 20 времен года... Дни/месяцы - это та же единица времени, поскольку домашняя луна будет вращаться вокруг газового гиганта. и сделайте 1 оборот примерно за 25 часов, отмечая «день» (хотя сторона, обращенная внутрь, всегда будет иметь несколько часов затмения в день)

Есть и другие внешние луны, которые можно увидеть с внешней стороны домашней луны.

Домашняя Луна находится достаточно далеко от газового гиганта, чтобы ее магнитосфера защищала ее от большей части излучения. Приливное нагревание делает его немного более вулканически активным, чем земля.

Итак, вам нужны определенные периоды обращения как для луны вокруг планеты, так и для планеты вокруг звезды.

Орбитальная скорость одного объекта вокруг другого зависит от масс двух объектов и расстояния между ними. Время, необходимое объекту для обращения вокруг другого объекта, зависит от орбитальной скорости и общей длины окружности орбиты, и, конечно же, длина окружности орбиты зависит от радиуса орбиты, расстояния между объектами.

Поэтому, если писатель просто выбирает случайные значения для этих факторов, высока вероятность того, что факторы не будут работать друг с другом, но будут противоречить друг другу.

Ответ пользователя 177107 на этот вопрос:

https://astronomy.stackexchange.com/questions/40746/how-would-the-characteristics-of-a-habitable-planet-change-with-stars-of-differe/40758#40758

Имеет таблицу с характеристиками некоторых спектральных классов звезд. Одной из таких характеристик является то, что я называю расстоянием, эквивалентным Земле, радиусом орбиты, при котором планета получает такое же количество излучения от своих звезд, какое Земля получает от Солнца. Он также дает орбитальную скорость и продолжительность года планеты, обращающейся в EED.

Продолжительность орбитальных периодов (или лет) планет, обращающихся вокруг EED звезды, варьируется от 3,82 земных дня для звезды M8V до 1018,01 земного дня для звезды F2V и до 2526,01 земного дня для звезды A2V.

Поскольку земной год длится около 365,25 земных дней, год продолжительностью 2526,01 земных дней будет длиться около 6,915 земных лет, а (астрономические) сезоны будут длиться около 1,728 земных лет.

Год длиной около 4 земных лет будет длиться около 1461 земного дня.

Планета, вращающаяся вокруг звезды A8V, имеет год продолжительностью около 1,505,21 земных суток.

Так что, предположительно, ваша планета и ее луна могут вращаться вокруг EED звезды ближе к A8V, чем к F2V, чтобы иметь год длиной около 4 земных лет.

Но писатели-фантасты, если не обязательно писатели-фантасты, должны знать, что Земле потребовались миллиарды лет после ее образования, чтобы создать богатую кислородом атмосферу, которой могут дышать многоклеточные животные и люди.

Насколько я знаю, основная научная дискуссия о факторах, делающих мир обитаемым для человека в частности, а не для жидкой воды, использующей формы жизни вообще, — это Habitable Planets for Man , Stephen H. Dole, 1964.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf

Доул решил, что планете должно быть не менее 3 миллиардов лет, чтобы образовалась богатая кислородом атмосфера, пригодная для дыхания людей.

Из-за расчетов продолжительности жизни различных типов звезд Доул подсчитал, что звезды должны быть звездами класса F2V или иметь меньшую массу в спектральных классах F, G и K, чтобы иметь планеты, пригодные для жизни людей.

Таким образом, звезды спектрального класса А будут исключены из-за наличия обитаемых планет. Если бы звезда класса F2V была самой массивной звездой, которая могла бы быть достаточно старой, чтобы иметь планету, пригодную для жизни людей, то планета, пригодная для жизни людей, вращающаяся по орбите в EED звезды, имела бы год, который будет длиться 1018,01 земных дня — или короче.

Год продолжительностью 1018,01 земных суток будет равен примерно 2,787 земным годам. У него были бы астрономические сезоны продолжительностью около 254,5025 земных дней или 0,696 земного года.

Это немного короче, чем вы хотите.

Но планета не должна вращаться точно на EED своей звезды, чтобы быть пригодной для жизни людей.

У каждой звезды есть околозвездная обитаемая зона вокруг нее, где планета будет получать достаточно излучения от своей звезды, чтобы быть достаточно теплой для жидкой воды на ее поверхности и, следовательно, быть пригодной для жизни для некоторых типов жидкой воды, использующей жизнь. Людям было бы не очень комфортно на планетах со средними температурами в более низких и более высоких частях этого температурного диапазона.

Таким образом, чтобы найти внутренние и/или внешние пределы обитаемой зоны звезды, вы просто берете внутренние и/или внешние пределы обитаемой зоны Солнца и умножаете или делите в соответствии с относительной светимостью другой звезды по сравнению с Солнце.

За исключением того, что внутренние и внешние границы обитаемой зоны Солнца точно не известны.

Этот список оценок показывает довольно большое разнообразие:

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone#Solar_System_estimates

Планета Земля вращается вокруг Солнца на расстоянии 1 а.е., которое является EED Солнца. Планета Марс вращается вокруг Солнца на расстоянии 1,523 а.е., а год имеет продолжительность 686,980 земных дней или около 1,8808 земных лет.

Если планета в EED звезды класса F2V будет вращаться на расстоянии 2,236 а. год 1914,67 земных дней или 5,242 земных года.

Таким образом, если планета на расстоянии, эквивалентном Марсу, может быть достаточно теплой, чтобы быть пригодной для жизни людей, у нее может быть день продолжительностью не менее 4 земных лет, если она вращается вокруг достаточно яркой звезды, а планета несколько ближе, чем орбита, эквивалентная Марсу, вокруг Звезда F2V и, следовательно, более теплая, может иметь год длиной около 4 земных лет.

Поэтому я думаю, что планета, естественно пригодная для жизни людей, с годом, равным 4 земным годам, была бы в пределах научных возможностей.

И, конечно же, писатель-фантаст мог бы заявить, что планета вращается в EED звезды класса А, а статистически редкая цепь событий, один случай на миллион, привела к тому, что Луна стала пригодной для жизни за гораздо меньшее время, чем минимум Доула. Или, может быть, развитая цивилизация терраформировала молодую луну, чтобы сделать ее обитаемой. Или, может быть, Луна была бы слишком холодной для людей, за исключением того, что приливные взаимодействия с планетой и другими большими лунами вызывали достаточное приливное нагревание, чтобы поддерживать на Луне температуру, пригодную для жизни.

Ваш вопрос говорит:

Приливное нагревание делает его немного более вулканически активным, чем земля.

И писатель-фантаст мог бы сказать, что боги создали эту солнечную систему такой, какой она была вчера, и воспоминания персонажа о его позавчерашней жизни — фальшивые воспоминания, созданные богами. Или, может быть, боги произвольно определили орбитальное расстояние и скорость планеты, а также продолжительность ее года, не заботясь о том, что цифры не складываются в соответствии с законами науки.

Продолжительность лунного дня

Я должен отметить, что планета, такая как Земля, например, имеет по крайней мере две разные длины года и по крайней мере две разные длины дня.

Звездный год (Великобритания: /saɪˈdɪəriəl/, США: /saɪˈdɪriəl, sə-/; от латинского sidus «астеризм, звезда»; также звездный орбитальный период) — это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг Солнца относительно фиксированной звезды. Следовательно, это также время, необходимое Солнцу, чтобы вернуться в то же положение по отношению к неподвижным звездам после, по-видимому, один раз вокруг эклиптики. Он равен 365,256 363 004 эфемеридных дней для эпохи J2000.0. 1

Звездный год отличается от солнечного года, «периода времени, необходимого для увеличения эклиптической долготы Солнца на 360 градусов» 2 из-за прецессии равноденствий. Звездный год на 20 мин 24,5 с длиннее среднего тропического года в J2000.0 (365,242 190 402 эфемеридных дня). 1

До открытия Гиппархом прецессии равноденствий в эллинистический период разница между сидерическим и тропическим годом была неизвестна. или «эпохи», а досовременные календари, такие как « Труды и дни» Гесиода, указывали время года для посева, сбора урожая и т. Д. Со ссылкой на первую видимость звезд, эффективно используя звездный год. Солнечный Новый год в Южной и Юго-Восточной Азии, основанный на индийском влиянии, традиционно считается вхождением Солнца в знак Овна и, следовательно, сидерическим годом, но также предполагается, что он совпадает с днем ​​весеннего равноденствия и имеет отношение к сезону сбора урожая и посева и, таким образом, тропический год.[нужна цитата] Поскольку они разошлись, в некоторых странах и культурах дата была установлена ​​​​в соответствии с тропическим годом, в то время как в других по-прежнему используются астрономические расчеты и звездный год. [нужна цитата]

https://en.wikipedia.org/wiki/Sidereal_year

Тропический год (также известный как солнечный год) — это время, которое требуется Солнцу, чтобы вернуться в то же положение в цикле сезонов, как видно с Земли; например, время от весеннего равноденствия до весеннего равноденствия или от летнего солнцестояния до летнего солнцестояния. Это отличается от времени, которое требуется Земле, чтобы совершить один полный оборот вокруг Солнца по отношению к неподвижным звездам (сидерический год), примерно на 20 минут из-за прецессии точек равноденствия.

https://en.wikipedia.org/wiki/Тропический_год

Звездное время основано на периоде вращения Земли относительно далеких звезд («Неподвижные звезды»).

Звездные сутки составляют приблизительно 86164,0905 секунды (23 часа 56 минут 4,0905 секунды или 23,9344696 часа).

Поскольку Земля вращается вокруг Солнца один раз в год, звездное время в любом заданном месте и времени будет увеличиваться примерно на четыре минуты по сравнению с местным гражданским временем каждые 24 часа, пока по истечении года не истечет один дополнительный звездный «день» по сравнению с количество прошедших солнечных дней.

https://en.wikipedia.org/wiki/Sidereal_time

Поскольку планета Земля вращается вокруг Солнца, она покрывает 360 градусов дуги в течение одного года, равного примерно 365,25 дням. Таким образом, Земля проходит по своей орбите примерно 0,985 градуса каждый день.

Таким образом, после того, как планета Земля повернется точно на 360 градусов относительно далеких звезд, линия между центром Земли и точкой на поверхности Земли, указывающей прямо на Солнце, и звезды, находящиеся непосредственно за Солнцем, снова будет указывать на прямо на эти звезды. Но Солнце больше не будет находиться прямо перед этими звездами, потому что Земля сместится по своей орбите примерно на 0,985 градуса, а направление на Солнце изменится примерно на 0,985 градуса.

Таким образом, продолжительность звездных суток и солнечных суток должна хотя бы немного различаться.

Если планета имеет прямое вращение, вращаясь в том же направлении, что и вокруг своей звезды, солнечные сутки будут длиннее звездных.

И некоторые писатели, возможно, захотят вычислить точную продолжительность звездных и тропических лет, звездных и солнечных дней на их вымышленной планете и составить календарь, который будет достаточно точным для этой планеты.

И другие авторы могли бы довольствоваться календарем, который является лишь приблизительно точным. И, возможно, некоторые писатели захотят написать о мальчике, обучающемся у астронома, который находит это слишком сложным для размышлений и вместо этого убегает, чтобы стать учеником бродячего наемника.

и, конечно, некоторые люди могли заметить, что календарь, точный для планеты, может быть неточным для гигантской обитаемой луны, которая вращается вокруг планеты.

Я отмечаю, что вы хотите, чтобы год планеты длился около четырех земных лет или около 1461 земного дня, и вы хотите, чтобы день вашей луны, запертой приливом, длился около 25 земных часов. Таким образом, год вашей луны будет составлять около 35 064 земных часов, или около 1 402,56 лунных дней.

Таким образом, в каждый из ваших лунных дней планета и луна вместе с ней будут перемещаться примерно на 0,2566 градуса по своей орбите вокруг звезды. Таким образом, разница между звездными и солнечными (или «звездными») днями вашей Луны должна быть намного меньше, чем разница между звездными и солнечными днями Земли.

Есть усложняющий фактор, что луна будет вращаться вокруг планеты и поэтому иногда будет двигаться быстрее, чем планета, а иногда медленнее, чем планета, иногда опережая планету, а иногда отставая от планеты, когда она вращается. Поскольку день такой короткий по сравнению с лунным днем, а год такой длинный, это будет гораздо меньший фактор, чем на земной Луне.

Какая продолжительность дня подходит для гипотетической обитаемой луны, вращающейся вокруг планеты-гиганта? Стивен Х. Доул в книге «Обитаемые планеты для человека» рассмотрел вопрос о продолжительности дня на планетах, пригодных для жизни людей.

Он полагал, что минимально возможная продолжительность дня будет составлять от 2 до 3 земных часов (от 0,08333 до 0,125 земных суток) из-за быстрого вращения, влияющего на стабильность планеты, и около 96 земных часов (4 земных дня) из-за того, что дневное время становится слишком жарким и ночью становится слишком холодно, и растения умирают из-за недостатка света в долгие ночи.

Рене Хеллер и Рой Барнс в книге «Обитаемость экзолуны, ограниченной освещением и приливным нагревом» упомянули возможные орбитальные периоды и, следовательно, продолжительность дня для гипотетических обитаемых экзолун.

https://faculty.washington.edu/rkb9/publications/hb13.pdf

Синхронизированные периоды вращения предполагаемых экзолун земной массы вокруг планет-гигантов могут находиться в том же диапазоне, что и периоды обращения галилеевых спутников вокруг Юпитера (1,7–16,7 дня) и период обращения Титана вокруг Сатурна (&16 дней) (планетарный спутник НАСА/Лаборатории реактивного движения). эфемериды)4

Ясно, что они не рассчитывали каких-либо жестких ограничений, а просто нашли известные примеры орбитальных периодов больших, заблокированных приливом спутников планет-гигантов.

Они также отмечают, что экзолуна, которая вращается слишком близко к планете, будет получать слишком много энергии от звездного света от звезды, отраженного звездного света от планеты, собственного внутреннего тепла планеты, излучаемого в космос, и приливного нагрева, и будет страдать от неконтролируемого парниковый эффект.

Рене Хеллер и Хорхе Зулуага в статье «Магнитное экранирование экзомонов за пределами околопланетной обитаемой границы» обсуждают орбиты пригодных для жизни экзолун. Пригодный для жизни край — это расстояние от планеты, которое в противном случае подходящая луна должна была бы превысить, чтобы избежать избыточной энергии и безудержного парникового эффекта.

https://arxiv.org/pdf/1309.0811.pdf

Они рассматривают случай потенциально обитаемых экзолун с массой Марса. Вероятно, они были бы слишком малы, чтобы генерировать собственные магнитные поля, и поэтому звездный ветер от их звезд мог бы постепенно лишить их атмосферы. Таким образом, им нужно будет вращаться в пределах магнитных полей своих планет, чтобы сохранить свои атмосферы в течение геологических периодов времени.

Планетарные магнитные поля могут не касаться гипотетических экзолунов массой Земли гигантских экзопланет, которые могут генерировать свои собственные магнитные поля для защиты своей атмосферы от звездного ветра. Конечно, такие экзолуны с массой Земли, вероятно, будут генерировать более мощные магнитные поля, если будут вращаться быстрее, а скорость вращения экзолун, приливно привязанных к своим планетам, будет зависеть от периодов обращения вокруг планеты.

Согласно расчетам Хеллера и Зулуаги, планеты-гиганты многих размеров не распространят свои магнитные поля достаточно далеко, чтобы охватить экзолуны, вращающиеся за пределами обитаемого края, а экзолуны, вращающиеся внутри обитаемого края, будут страдать от безудержного парникового эффекта.

Их вывод, по-видимому, состоит в том, что обитаемая экзолуна может вращаться на расстоянии от 5 до 20 планетарных радиусов.

И угловой диаметр планеты, видимой с обитаемой Луны, будет зависеть от ее расстояния в планетарных радиусах и диаметрах от Луны, поэтому, если кто-либо из ваших туземцев на обратной стороне Луны исследует достаточно далеко, чтобы планета была видна, что будет определять его угловой размер.

Чем массивнее планета (или другой объект), тем выше будет необходимая орбитальная скорость на конкретном расстоянии. Таким образом, чем массивнее планета, тем короче будет период обращения объекта, вращающегося вокруг нее на определенном расстоянии.

Согласно этому орбитальному калькулятору:

https://www.satsig.net/orbit-research/orbit-height-and-speed.htm

Объект, вращающийся вокруг Юпитера на высоте 224 750 километров над поверхностью Юпитера, будет иметь период обращения 25 002 часа или 1,041 земных дня. Юпитер имеет радиус 71 492 км, поэтому объект на высоте 224 750 км над поверхностью Юпитера будет иметь большую полуось орбиты 296 242 км.

Луна Фива имеет большую полуось 221 889 километров и период обращения 0,6778 земных суток или 16 с лишним часов, в то время как Ио имеет большую полуось 421 700 километров и период обращения 1,7691 земных суток. Таким образом, это, кажется, согласуется с луной с большой полуосью на расстоянии 296 242 км и периодом обращения 1,041 земного дня.

Поскольку Юпитер имеет экваториальный радиус 71 492 километра, его обитаемый край должен находиться на высоте около 357 460 километров или 285 968 километров над поверхностью (где у Луны период обращения составляет 33 140 часов), что дальше, чем большая полуось 296 242 часа. километров для луны с периодом обращения 25 земных часов. Таким образом, луна с периодом обращения 25 земных часов предположительно будет страдать от безудержного парникового эффекта.

Сатурн имеет экваториальный радиус 60 268 километров, поэтому его обитаемый край должен находиться на высоте 301 340 километров или 241 072 километра над поверхностью. На таком расстоянии период обращения составит 46,877 часа.

Обратите внимание, что Сатурн намного менее массивен, чем Юпитер, а его орбита на обитаемом краю имеет более длительный период обращения, чем у Юпитера.

Уран менее массивен, чем Нептун, но имеет больший радиус — 25 559 километров. Таким образом, орбита на ее обитаемом краю должна иметь большую полуось 127 795 километров и находиться на высоте 102 236 километров над поверхностью. орбитальный период на таком расстоянии составит 33,125 часа, что очень похоже на период обращения гораздо более массивного и крупного Юпитера.

Нептун имеет меньшую массу, чем Сатурн. Радиус Нептуна составляет 24 764 километра, поэтому орбита на обитаемом краю Нептуна будет иметь большую полуось 123 820 километров, 99 056 километров над поверхностью. С этой орбитой период обращения составит 29,03 часа.

Таким образом, порядок орбитальных периодов на обитаемой границе следующий: Нептун, 3-е место по массе, 4-е место по радиусу, 29,03 часа, Уран, 4-е место по радиусу и 3-е место по массе, 33,125 часа, Юпитер, 1-е место по массе и радиусу, 33,140 часа, и Сатурн. , 2-й по массе и радиусу, 46,877 ч.

Отмечу, что наибольшей плотностью обладает Нептун (1,638 г/см2), за ним следуют Юпитер (1,326), Уран (1,27) и Сатурн (0,687).

Поэтому я не уверен, какие факторы изменить, чтобы получить 25-часовую орбиту за пределами обитаемого края.

[Добавлено 18.10.2021. Я забыл написать: О получении орбиты, более чем в 5 раз превышающей радиус планеты, в то время как лунный день длится всего 25 часов, самые массивные планеты примерно в 13 раз больше массы юпитера, но имеют лишь немного больший радиус, или даже меньший радиус, чем у Юпитера, из-за того, что он становится более плотным, а не более широким с увеличением массы. Чем массивнее планета, тем дальше должна вращаться луна, чтобы иметь 25-часовой день. Таким образом, планета с массой в несколько раз больше Юпитера, но не большим радиусом, может иметь луну с 25-часовым днем ​​за границей обитаемости.]

Эквивалент месяца

Поскольку обитаемый мир — это Луна, а ее день равен периоду обращения вокруг планеты, нет очевидного выбора месяца на Луне. Поскольку Луна приливно привязана к планете, планета всегда будет находиться в одном и том же месте на небе, которое видно с любой стороны полушария. А так как в вашей истории обитатели Луны живут на дальней стороне, они все равно никогда не будут на планете.

Логичным выбором был бы период обращения другой, внешней луны.

Обратите внимание на сложность, что Луна имеет два разных месяца, если смотреть с Земли. Он имеет сидерический месяц и синодический месяц.

Период обращения Луны, определенный относительно небесной сферы явно неподвижных звезд (Международная небесная система отсчета; ICRF), известен как звездный месяц, потому что это время, которое требуется Луне, чтобы вернуться в аналогичное положение среди звезд. звезды (лат. sidera): 27,321661 дня (27 д 7 ч 43 мин 11,6 с). 5 Этот тип месяца наблюдался среди культур Ближнего Востока, Индии и Китая следующим образом: они делили небо на 27 или 28 лунных особняков, по одному на каждый день месяца, обозначенных выдающейся звездой (звездами). ) в них.

https://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_month#Sidereal_month

Синодический месяц (греч. συνοδικός, латинизированный: synodikós, что означает «относящийся к синоду, т. е. собранию»; в данном случае Солнца и Луны), а также лунный период — это средний период обращения Луны по орбите относительно до линии, соединяющей Солнце и Землю: 29 д 12 ч 44 мин и 2,9 с. Это период лунных фаз, потому что внешний вид Луны зависит от положения Луны по отношению к Солнцу, если смотреть с Земли.

Пока Луна вращается вокруг Земли, Земля движется по своей орбите вокруг Солнца. После завершения сидерического месяца Луна должна сдвинуться немного дальше, чтобы достичь нового положения, имеющего такое же угловое расстояние от Солнца, что кажется смещающимся относительно звезд с предыдущего месяца. Следовательно, синодический месяц длится на 2,2 дня дольше, чем сидерический месяц. Таким образом, в григорианском году приходится около 13,37 звездных месяцев и около 12,37 синодических месяцев.

https://en.wikipedia.org/wiki/Лунный_месяц#Синодический_месяц

Древние люди заметили синодический месяц раньше, чем звездный месяц.

И, конечно же, синодический месяц вашей гипотетической внешней луны будет циклом ее фаз, если смотреть с поверхности гигантской планеты. Пригодная для жизни луна обычно видит внешнюю луну под другим углом, чем планета. Таким образом, внешняя луна будет иметь другой цикл фаз, чем ее синодический период, если смотреть с планеты.

Таким образом, может быть предпочтительнее использовать синодический период орбит двух лун в качестве основы месяца, игнорируя фазы внешней луны.

Синодический период обращения двух планет вокруг звезды или двух лун вокруг планеты — это время, за которое три тела возвращаются в одно и то же относительное положение. Это может быть время, которое проходит между двумя последовательными противостояниями внешней Луны, если смотреть с обитаемой Луны. В астрономии противостояние — это когда (внешняя) планета находится на стороне неба, прямо противоположной Солнцу, если смотреть с Земли.

Марс имеет период обращения 1,88089 земных лет и синодический период 774,96 дня, Церера имеет орбитальный период 4,604 земного года и синодический период 466,6 дня, Юпитер имеет орбитальный период 11,86223 земного года и синодический период 398,88 дня. Сатурн имеет орбитальный период 29,477 земных лет и синодический период 378,09 дней, Уран имеет оритальный период 84,03 земных года и синодический период 369,66 дней, Нептун имеет орбитальный период 164,793 земных года и синодический период 367,48 дней. , а Плутон имеет период обращения 247,689 земных лет и синодический период 366,72 дня.

Таким образом, чем ближе период обращения внешней планеты к периоду обращения Земли, тем длиннее будет синодический период.

Чтобы сделать синодический период внешней Луны, видимой с внутренней обитаемой Луны, как можно более длинным, разница между периодами их обращения вокруг планеты должна быть как можно меньше. И если орбита внешней Луны лишь немного шире орбиты обитаемой Луны, она будет приближаться в каждом противостоянии, чем обычно, и, таким образом, выглядеть намного больше и ярче, чем в течение большей части синодического периода.

И я думаю, что это все, что я могу написать на данный момент.

14.10.2021. Продолжение в другом ответе: