Есть ли способ, чтобы постоянное лунное затмение или другой Объект всегда находились в тени Земли?

Объект не может постоянно находиться в тени Земли — хотя он может находиться в полутени, называемой полутенью, полная тень (умбра) не простирается так далеко. Существует особое место, называемое точкой Лагранжа L2 , которое позволяет объекту вращаться вокруг Земли примерно с той же скоростью, что и Земля вокруг Солнца, — таким образом, всегда оставаясь в одном и том же относительном месте с точки зрения тени.

Однако L2 не является суперстабильной точкой для орбиты, поэтому объекты имеют тенденцию отпадать. Однако это не проблема для искусственных спутников, и космический телескоп Джеймса Уэбба , когда он будет запущен, воспользуется преимуществами этой постоянной полутени для более качественных наблюдений за небесными телами.

Так:

1. Да, это возможно, хотя и маловероятно. Эта «луна» больше похожа на Звезду Смерти, и ей потребуется какая-то коррекция курса, чтобы оставаться на орбите. Потенциально это можно «объяснить», сопоставив диаметр Луны и диаметр тени, а это означает, что если она начнет смещаться с места, Солнце нагреет часть поверхности, что приведет к выделению газа, вернув Луну на место. Вероятно, не на 100% научно обоснованно, но в остальном это должен быть космический корабль, а не луна.

2. Чтобы вычислить точку L2:

   $$d_{Earth-L2} = d_{Earth-Sun}\sqrt[3]{\frac {M_{Earth}}{3M_{Sun}}}$$ Где$d$соответствующее расстояние, и$M$является соответствующей массой. Обратите внимание на кубический корень .
   Чтобы рассчитать диаметр тени в точке L2:
   • Сначала рассчитайте теневое расстояние: $$d_{umbra}= \frac{d_{Earth-Sun}}{\frac{r_{Sun}}{r_{Earth}} - 1}$$ Где$r$- соответствующий радиус тела.
   • Затем, если расстояние тени больше, чем расстояние L2, вы можете рассчитать размер тени (максимальный размер вашей луны) с помощью этого уравнения:
     $$r_{umbra}=\frac{r_{Earth}}{\frac{d_{umbra}}{d_{umbra}-d_{Earth-L2}} + 1}$$

Для тех, кто не склонен к математике, я объединил все это в таблицу Google , сделайте личную копию для редактирования.

3. Итак, точка Лагранжа как бы вращается вокруг обоих.

4. Нормальная плотность (3000-8000 кг/м^3) должна подойти. Масса объекта в точке L2 не имеет существенного значения. Однако какая-то автоматическая коррекция будет необходима.

Невозможно с текущей конфигурацией

Чтобы объект постоянно находился в тени Земли, он должен вращаться вокруг Земли с той же скоростью, с какой Земля вращается вокруг Солнца, чтобы Земля оставалась между ним и Солнцем. Чтобы иметь спутник с периодом обращения 1 год, он должен находиться очень далеко от Земли, примерно в 2,1 миллиона километров (согласно этому орбитальному калькулятору) . К сожалению, это расстояние находится за пределами Сферы Холма Земли, которая является областью, в которой сила земного притяжения является доминирующей силой. На расстоянии 2,1 млн км объект просто больше не вращается вокруг Земли. Даже если бы это было так, земная тень (область полной тени) простирается всего на 1,4 миллиона километров, поэтому объект на таком расстоянии никогда не увидит, что солнце полностью закрыто землей.

Вы можете поместить объект в точку Лагранжа L2, что позволит объекту вращаться вокруг Солнца с тем же периодом, что и Земля, даже если он имеет большую орбитальную высоту, чем Земля. К сожалению, точка L2 нестабильна и находится на расстоянии около 1,5 млн км от Земли — слишком далеко, чтобы ее могла достать земная тень. Даже если бы вы могли заставить объект оставаться в точке L2, он никогда не оказался бы в полной тени от земли.

Я не уверен, как вы могли достичь такой конфигурации, изменив солнечную систему. Если бы вы значительно увеличили массу Солнца, вы могли бы сократить земной год, оставаясь на том же расстоянии от Солнца, что, в свою очередь, позволило бы затмеваемому спутнику также иметь более короткий период и более низкую орбитальную высоту, хотя сфера Хилла Земли становится меньше по мере увеличения гравитации Солнца, поэтому математика может не сработать.

То, что вы пытаетесь сделать, это удержать спутник в тени Земли, пока он движется вокруг Солнца. Вы не можете иметь спутник, обращающийся вокруг Солнца с тем же периодом обращения, что и Земля, и не находиться на орбите Земли . (Если только вы не находитесь в L2 [или в любой другой точке L, но только L2 находится «позади» Земли], которая едва находится за пределами тени Земли и в любом случае нестабильна в долгосрочной перспективе.)

Единственное решение, которое я вижу, состоит в том, что спутник должен находиться на активной траектории, возможно, на круговой орбите «позади» Земли, между Землей и L2 и в тени Земли. Такая орбита не может существовать естественным образом, и для ее поддержания потребуется постоянная тяга.
Если Объект инопланетного происхождения, его, вероятно, можно просто убрать рукой.

Я думаю, что другие ответы связаны с деньгами, но мы можем немного поиграть со значениями, чтобы это сработало.

Таким образом, тень Земли не дотягивает до объекта в точке L2 Солнце-Земля. А что, если «луна» — это большой объект? вы захотите увидеть ее как луну с Земли, даже если она будет намного дальше, чем настоящая Луна. Итак, Луна — большая планета, а Земля — планета поменьше в точке Солнце-Луна L1 между Солнцем и Луной. Это также нестабильная конфигурация, но пока машите руками. Вы можете сделать Солнце звездой меньшего размера и сдвинуть всю систему ближе друг к другу, чтобы сохранить Землю пригодной для жизни, расширить тень и переместить Луну глубже в тень.

Тада! Стабильность по-прежнему остается проблемой, стабильны только точки L4 и L5 в этих трех системах тела (у Юпитера есть свои псевдоастероидные пояса в тех точках, которые называются троянами). Однако... вы, вероятно, можете просто игнорировать эту проблему, если она проблематична для настройки. Мир-кольцо Ларри Нивена не является сверхточным с точки зрения физики.

Покройте его угловыми отражателями

Другие рассказали, почему постоянное затмение Луны сложно , что требует серьезных изменений в системе Земля-Луна. Но Луна могла бы оказаться в собственной тени, если бы она возвращала весь падающий на нее свет отправителю. Я не думаю, что могу размещать здесь анимацию, но второе изображение в статье Википедии об угловых отражателях иллюстрирует, как это работает. Как бы вы ни двигали луч света, он попадает на три перпендикулярных зеркала и возвращается точно так же, как был послан. Подумайте о маркерах на дороге ночью.

( На самом деле у нас на Луне есть несколько угловых отражателей , которые посылают лазерный свет астрономам, чтобы они могли измерить точное расстояние до нее. Но этого пока недостаточно, чтобы изменить цвет всей поверхности!)

Такая луна может никогда не отражать Солнце или, по крайней мере, только тогда, когда она почти полная, если есть некоторая неточность (в этом случае она некоторое время будет почти такой же яркой, как Солнце). Большую часть времени вы бы видели Луну примерно такого же оттенка, как ваш собственный участок Земли, темную ночью, более яркую днем, всегда безликую и однородную. Если отражатели достаточно точны, в День Святого Патрика ревностные люди попытаются заставить всех в городе гореть зеленым светом, пока Луна не станет зеленой.