Как долго луна может оставаться несферической и как она будет выглядеть, когда будет полной?

...ночью всегда видна луна, и только ночью,

Стабильная орбита, которая делает это, невозможна (однако возможны некоторые компромиссы, описанные ниже). Кто-то где-то на планете увидит луну днем. 2-я точка Лагранжа ( L2 ) действительно является орбитой, по которой планета находится в постоянном соединении (т.е. находится между) с другой планетой: изображение взято из Википедии. Орбита, которая следует за траекторией в L2, действительно удерживает внутреннюю планету между ней и звездой. Однако орбита нестабильна: любое возмущение вдали от L2 будет продолжать расти во времени, вызывая возможное смещение. Если вы готовы игнорировать этот факт, то миссия выполнена. Но если вам нужно что-то более правдоподобное, у меня есть несколько потенциальных кандидатов:

1. Геостационарная Луна

Из Википедии: Луна Земли в настоящее время вращается на расстоянии

$3.8\times 10^8$м и$27.3$дней. Мы могли бы сократить период обращения до одного земного дня, если бы$4.2\times 10^7$м или около$1/9$Расстояние. Преимущество этого в том, что луна всегда будет в одном и том же месте на небе, днем ​​или ночью. Он пройдет свою полную фазу (от новолуния до полнолуния) за один день. И это было бы видно только в пределах некоторого приблизительно$180^\circ$дуга долготы. На планете должна быть сторона, которая никогда не видела луну. Более близкая Луна вызовет более сильные приливные эффекты, если только вы не уменьшите ее радиус на 1/9. В качестве альтернативы вы можете удлинить земной день, чтобы он соответствовал лунному месяцу, и оставить все остальное постоянным. На Земле единственными стабильными геостационарными спутниками являются спутники на 75 градусах западной долготы и 105 градусах западной долготы, и Луна в конечном итоге осядет там за геологическое время. Эти долготы характерны для гравитационного поля Земли и будут другими для другой планеты.

2. Синхронная с Луной Солнце

(источник неизвестен): солнечно -синхронная орбита сохраняет один и тот же угол к солнцу в течение всего года. Другими словами, вращающееся тело будет появляться в небе в одном и том же месте в одно и то же солнечное время каждый день. Все на планете видят вращающееся тело, но в разное время в зависимости от своей долготы и широты. На Земле солнечно-синхронные спутники имеют короткие периоды около 1-3 часов. Например, если человек на восточном побережье США увидит солнечно-синхронный спутник, появляющийся на горизонте на рассвете, то каждый день он будет появляться на рассвете (в одно и то же время относительно Солнца). Кроме того, поскольку разница во времени между Восточным побережьем и Западным побережьем США составляет около 3 часов, человек на Западном побережье также будет

увидеть спутник на рассвете, когда он проходит свою вторую орбиту.

Можно немного продлить этот 3-часовой орбитальный период, если вы поиграетесь с массой и сжатостью Земли, но его нельзя продлить до одного земного дня (я пытался) без некоторых бессмысленных значений.

Солнечно-синхронные орбиты должны быть орбитами с большим наклонением (около полярных). Однако, как и на геостационарной орбите, половина мест на Земле будет видеть Луну только днем, а другая половина — только ночью. Однако есть приятный компромисс: орбита, выровненная перпендикулярно солнцу, будет следовать терминатору дня и ночи и будет видна всем на планете только на рассвете и в сумерках.

На солнечно-синхронной орбите Луна всегда будет появляться в одной и той же фазе для жителей планеты, поскольку она всегда появляется под одним и тем же относительным углом к ​​Солнцу.

Резюме

Расположение L2 дает вам то, что вы хотите, но орбита не устойчива к возмущениям. Если ваша планета находится в системе с другими внешними планетами, такими как Земля, тогда это произойдет, и моя интуиция подсказывает мне, что потребуется менее 100 оборотов планеты, если Солнечная система похожа на Землю.
Есть некоторые стабильные орбиты, которые предлагают компромиссы, но кто-то на планете увидит Луну в течение дня, по крайней мере, некоторое время.