Как спутник мог следовать за Землей вокруг Солнца, оставаясь за пределами земной орбиты?

Если я понимаю вопрос, как он развивается, вы ищете орбиту, которая производит солнечное затмение; полная тень Солнца на небольшой площади Земли, и, кроме того, объект, отбрасывающий тень, не находится на орбите вокруг Земли, как в вопросе. Возможна ли орбита, закрывающая солнце? но вместо этого находиться на гелиоцентрической орбите .

Это будет означать, что ваш объект должен создавать тень на поверхности Земли, а не только полутень .

Солнце-Земля L1

В других ответах уже указывалось, что объект на гелиоцентрической орбите вблизи Солнца-Земли L1 будет удовлетворять орбитальным условиям:

Источник

Оставшиеся на Солнце-Земля L1

Чтобы оставаться рядом с Солнцем-Землей L1, космический корабль должен был бы выполнить некоторые маневры с использованием тяги , удерживая станцию . Это может быть ракетный двигатель, ионный двигатель, солнечный парус или какой-нибудь электромагнитный парус, создающий тягу заряженных частиц солнечного ветра.

Но насколько большим он должен быть, чтобы на Земле образовалась тень?

Солнце-Земля L1 находится примерно в 1,5 миллионах километров от Земли. Это 1% расстояния от Земли до Солнца. Таким образом, объект должен был бы составлять 1% от диаметра Солнца, чтобы создать тень от SE L1. Диаметр Солнца составляет около 1,4 миллиона километров , поэтому ваш объект должен быть 1% от этого или около 14 000 километров в ширину , чтобы отбрасывать полную тень Солнца на Землю.

Это довольно большой!

Источник

Источник: TimeAndDate.com Umbra, Penumbra и Antumbra: почему существуют 3 тени?

Единственные стабильные точки, вращающиеся с той же скоростью, что и Земля, — это точки L4 и L5, как вы упомянули, но есть и нестабильные точки. Смотрите это фото из НАСА :

L4 и L5 остаются впереди и позади Земли, тогда как L1, L2 и L3 по своей природе нестабильны. Исходя из вашего вопроса, я бы предположил, что L4 и L5 лучше всего подходят, если вам действительно не нужна близость к Земле, и в этом случае L2 может удовлетворить ваши потребности.

Примечание: вопрос был радикально переписан с момента написания этого ответа. Следовательно, это уже не имеет отношения к вопросу.

Если вы хотите, чтобы объект оставался между Солнцем и Землей, он должен находиться в точке L1 Земля-Солнце, которая находится на расстоянии около 1,5 миллиона километров. У нас уже есть материалы: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_and_Heliospheric_Observatory

В L1 вы можете устроить так, чтобы ваш объект пересекал Солнце с точки зрения любой точки на Земле. Однако это отличается от отбрасывания тени на Землю. Чтобы отбрасывать тень, вам нужно, чтобы ваш объект имел по крайней мере тот же угловой размер, что и Солнце, как кажется с Земли. Удобно, что Луна имеет примерно такой же угловой размер, как и Солнце, и находится на расстоянии всего 384 400 км. Чтобы иметь возможность затмить солнце из L1, ваш объект должен быть значительно больше Луны.

Теперь, когда мы говорим о чем-то огромном, в игру вступает физика точек Лагранжа. Они стабильны только для объектов незначительной массы по сравнению с первичными и вторичными. SOHO имеет незначительную массу по сравнению с Землей и Солнцем. Солнцезащитный козырек в несколько раз больше диаметра Луны, вероятно, нет. Вы можете попытаться сделать его диском, а не сферой (чтобы уменьшить его массу), но я ожидаю, что приливные силы довольно быстро раскрутят его. Его масса также заметно повлияет на орбиту Земли, изменив положение L1 Земля-Солнце. Вы закончите сложным гравитационным танцем, поскольку и Земля, и ваш объект попытаются перейти на одну и ту же орбиту. Возможные результаты включают в себя:

• Объект сталкивается с Землей.
• Объект сталкивается с Луной
• Луна вытягивается на гораздо более эллиптическую орбиту, что приводит к гораздо более сильным приливам, которые создают на Земле гигантский беспорядок.
• Луна сбрасывается с околоземной орбиты, возможно, столкнувшись с Землей.
• Объект выбрасывается на эллиптическую орбиту вокруг Солнца, где он, вероятно, в конечном итоге сталкивается с Землей, Венерой или Марсом. Между тем, Земля оказывается на несколько более низкой орбите и более эллиптической орбите, что бросает еще один большой удар в климат.
• Некоторая комбинация вышеперечисленных катастроф, которая может заключаться в том, что объект на какое-то время является временной второй луной.

Вы на правильном пути, если ищете точки Лагранжа, орбиты, на которых небольшой объект может оставаться в той же взаимосвязи с двумя небесными телами, одно из которых вращается вокруг другого. То, что вы описываете, — это точка L2 Земля-Солнце, точка за пределами орбиты Земли вокруг Солнца. Эта страница Википедии расскажет вам больше.

С двигателями!

Орбита на L1 вполне осуществима, если ваш спутник регулярно использует небольшие всплески своих двигателей, чтобы удерживать его там. L1 является «нестабильным», что означает, что спутник без двигателей в конечном итоге отклонится от L1. Но чем ближе ваш спутник находится к L1, тем меньше топлива ему требуется, чтобы оставаться на месте. Двигатели с малой тягой и высоким удельным импульсом, такие как ионные двигатели, часто используются для удержания спутников на правильной орбите.