Это невозможно, потому что есть конфигурации, при которых часть Луны не будет видеть ни звезду, ни планету.

Для справки посмотрите на диаграмму фаз луны

Вы можете видеть, что почти всегда есть часть Луны, которая находится на половине от звезды и на половине от планеты. В первой четверти и последней четверти, которые соответствуют целой четверти луны, в полнолуние это будет целая половина луны.

Следовательно, эта часть Луны не получит света.

Кроме того, отражение от планеты вряд ли можно сравнить по интенсивности со светом, исходящим непосредственно от звезды, даже если планета отражает на 100%.

Есть две проблемы (о которых я могу думать) с этим:

1. Требуемое орбитальное расположение нестабильно, поэтому оно не может существовать естественным образом.

2. Если на поверхности планеты нет зеркал, специально предназначенных для отражения света в сторону Луны, освещение на темной стороне Луны будет меньше.

Также может быть проблема с тем, что Луна находится слишком близко (в пределах предела Роша), но рассчитать это выше моих сил.

Короткий ответ

Почти невозможно представить себе астрономическую ситуацию, когда астрономический объект, такой как планета или луна, находится в постоянном дневном свете по всей своей поверхности.

Конкретная ситуация, которую вы себе представляете, когда Луна находится между планетой и ее звездой, а сторона, обращенная к планете, освещена светом, отраженным от планеты, не сможет удерживать все части Луны в постоянном дневном свете.

Проблема с этой идеей в том, что луны вращаются вокруг планет, а планеты вращаются вокруг звезд. Следовательно, относительное положение луны, ее планеты и звезды будет постоянно меняться.

Но мир может находиться в вечном дневном свете по всей площади своей поверхности, если он находится в очень странной звездной системе с одним или несколькими кольцами звезд, вращающимися вокруг гигантской черной дыры.

Длинный ответ

Часть первая: Температура или освещенность делают день дневным?

Можно было бы ожидать, что Луна будет приливно привязана к планете, причем одна сторона всегда будет обращена в сторону от планеты, а другая сторона всегда обращена к планете, но это не оказывает большого влияния на проблему, если желательно иметь вечный день. по обе стороны луны, вместо вечного дня только на одной стороне луны.

В вопросе не уточняется, предполагается ли вечный день с точки зрения температуры или просто вечный день с точки зрения освещения.

Насколько я понимаю, вечный день на обеих сторонах Луны невозможен, если требуется дневная температура. Я думаю, что Луна не сможет получать такое постоянное количество радиации, чтобы у нее была постоянная температура, одинаковая с обеих сторон и во все времена. Вместо этого количество полученного излучения будет меняться, и любая часть Луны будет становиться горячее или холоднее по мере увеличения и уменьшения количества излучения.

Но было бы гораздо более вероятно, что на всех частях Луны будет вечный день, если бы день определялся тем, насколько ярко выглядят окрестности. Окружающая среда может иметь одинаковую кажущуюся яркость, несмотря на значительную разницу в фактических уровнях освещенности.

Это связано с тем, что человеческий глаз и глаза многих других животных могут приспосабливаться к очень разным уровням освещенности. То, насколько хорошо вы можете видеть формы и цвета, не прямо пропорционально количеству света, поступающего от источников света и отражаемого от объектов.

Часть вторая: Насколько яркое освещение достаточно яркое, чтобы считать его днем?

Любой, кто был на улице ночью без света и мог видеть, куда они идут при свете полной луны, будет знать, что им не нужны источники света, такие же яркие, как полуденное солнце, чтобы увидеть, куда они идут.

Так в чем же разница между яркостью полной луны и яркостью солнца над головой?

Астрономы измеряют яркость видимых на небе объектов по видимой величине. И чем меньше видимая величина, тем ярче объект выглядит с Земли. Звезда с величиной 1 или первой величины ярче звезды с величиной 2 или второй величины, которая ярче звезды с величиной 3, и так далее.

А самые яркие объекты на небе кажутся такими яркими, что их величины имеют отрицательные числа.

Полная Луна может иметь видимую звездную величину до -12,90, а яркость Солнца -26,74, что составляет 13,84 звездной величины. Шкала звездных величин логарифмическая, и 5 звездных величин — это разница в 100 раз больше яркости, а 10 звездных величин — это разница в 10 000 раз больше яркости. Солнце примерно в 400 000 раз ярче средней полной луны.

Таким образом, если уровень освещенности, по крайней мере, эквивалентный свету полной луны, — это все, что необходимо для превращения ночи в день для целей истории, есть много возможностей для изменения уровней освещенности при сохранении дня.

Но у вас могут быть более высокие требования к дневному свету.

Уровень освещенности в 1 люкс равен видимой звездной величине - 14,20, что должно быть более чем в 3 раза больше света полной Луны.

Мой ответ на этот вопрос обсуждает уровни освещенности: Лунный свет достаточно яркий, чтобы видеть сквозь

Конечно, если день должен быть достаточно ярким, чтобы человеческие глаза могли различать цвета, возможный диапазон уровней дневной освещенности будет намного меньше.

И если света должно быть достаточно для того, чтобы рассеянный свет делал небо голубым, а не прозрачно показывал черноту космоса, возможный диапазон света в течение дня будет еще меньше.

Ясная безлунная ночь, освещенная звездным светом и воздушным свечением, будет иметь яркость 0,002 лк.

Четверть луны будет иметь яркость 0,01 лк.

В полнолуние 0,25 лк.

Небо под очень темными грозовыми тучами в полдень будет иметь около 200 люкс.

Восход или заход солнца в ясный день имеет 400 лк.

В пасмурный день в полдень будет от 1000 до 2000 люкс.

Затененная область, освещенная ясным голубым небом в полдень, будет иметь 20 000 люкс.

Яркий солнечный свет составляет 111 000 люкс.

Самый яркий солнечный свет составляет 120 000 люкс.

https://en.wikipedia.org/wiki/Дневной свет

Таким образом, если самый яркий день на Луне не ярче 120 000 люкс, самый яркий солнечный свет на Земле, самый темный день может быть около 400 люкс, что соответствует ясному восходу или закату на Земле, и все же считаться днем. Таким образом, вы можете принять различия до 300 раз в уровнях света, получаемого от разных звезд в вашей звездной системе.

Если две звезды имеют одинаковую светимость, а звезда A находится в 17,320 раз дальше, чем звезда B, звезда A будет иметь видимую яркость только 1/300, или 0,0033333, яркости звезды B. 17,320 — это квадратный корень из 300.

Но, к счастью, звезды сильно различаются по своей светимости. Светимость самых ярких звезд в миллионы раз превышает светимость наименее ярких звезд.

Таким образом, планета и луна в вашей истории могут находиться очень близко к очень тусклой звезде, а очень яркая звезда, светящаяся в 1 000 000 раз ярче, может быть в 1 000 раз дальше ближайшей звезды и при этом давать планете и луне такое же количество света. свет.

Сочетая это с возможным изменением светимости в сотни раз, приемлемой для дневного света, вы можете сделать так, чтобы планета и луна получали дневной свет от разных звезд в разных направлениях в одно и то же время, и все части луны могли быть в постоянном дневном свете.

Если бы более яркая звезда была в 1 000 000 раз ярче, чем более тусклая звезда, и находилась бы в 17 320 раз дальше, она давала бы Луне в 0,003333 раза больше света, чем более тусклая звезда, чего все равно было бы достаточно для дневного света.

Часть третья: звезды для обитаемой планеты или Луны

Но я подозреваю, что в своей истории вы могли бы захотеть, чтобы планета была обитаема и имела разумные формы жизни, которые отправляют экспедиции к мертвым и безжизненным, где в каждом месте есть вечный дневной свет. Или вы можете захотеть, чтобы планета была безжизненной гигантской планетой, а луна — гигантской луной размером с Землю, которая пригодна для обитания людей и/или местных разумных существ.

Поэтому я подозреваю, что вы хотите, чтобы по крайней мере одна планета или луна в вашей звездной системе были пригодны для жизни организмов, которым нужна богатая кислородом атмосфера. И это сильно ограничит типы звезд и их расстояния друг от друга.

Планета Земля была пригодна для жизни в жидкой воде, использующей организмы в целом, за миллиарды лет до того, как она стала пригодной для жизни людей. Формы жизни на Земле постепенно создавали богатую кислородом атмосферу, необходимую людям и всем многоклеточным животным, таким как другие разумные существа.

Стивен Х. Доул, Обитаемые планеты для человека , 1964, с. 63, подсчитали, что планета должна была бы существовать при довольно стабильных температурах от своей звезды в течение по крайней мере 2 или 2 миллиардов лет, прежде чем у нее разовьется богатая кислородом атмосфера.

Это означает, что все звезды в системе с пригодной для жизни планетой, которые вносят значительное количество света и/или тепла в этот обитаемый мир, должны были сиять с довольно стабильной яркостью в течение по крайней мере 2 или 3 миллиардов лет к тому времени, когда планета создает воздухопроницаемую атмосферу.

И разные спектральные классы звезд постоянно светятся как звезды главной последовательности в течение разных периодов времени, прежде чем их светимость резко изменится.

На странице 68 Доул решил, что самые яркие и массивные звезды, которые будут иметь довольно стабильную светимость в течение по крайней мере 3 миллиардов лет, будут иметь массу, в 1,4 раза превышающую массу Солнца, и будут звездами спектрального класса 52V.

Этот вопрос: как изменились бы характеристики обитаемой планеты со звездами разных спектральных классов? имеет очень полезный ответ от User177107.

Большая полуось земной орбиты определяется как одна астрономическая единица или а.е.

Таблица различных типов звезд в ответе пользователя 177107 дает много данных о каждом типе звезд в таблице, включая то, что я называю расстоянием, эквивалентным Земле, или EED, расстоянием, на котором планета должна вращаться, чтобы получить то же самое. количество излучения от своей звезды, когда Земля попадает на расстояние 1 а.е. от Солнца.

Согласно этой таблице, звезда спектрального класса F2V имеет массу 1,44 массы Солнца, светимость 5,001 солнечной светимости и EED 2,236 а.е., где год планеты будет длиться 1018,01 земных суток.

А наименее массивная звезда в таблице, звезда класса M8V, имеет массу 0,082 солнечной массы, светимость 0,00043 солнечной светимости и EED 0,0207 а.е., где год планеты будет длиться 3,82 земных дня.

Таким образом, звезда F2V была бы примерно в 11 630 раз ярче звезды M8V, и поэтому казалась бы такой же яркой, как звезда M8V, если бы она находилась в 107,87247 раз дальше от планеты и Луны, чем звезда M8V, и, следовательно, на расстоянии 2,2323 а.е. И звезда F2V казалась бы в 1/300, или в 0,003333 раза ярче звезды M8V, когда она была в 1 868,4059 раз дальше, чем звезда M8V, или 38,676002 а.е.

Часть четвертая: Сколько других звезд в системе?

Это максимально возможное расстояние между планетой и Луной и звездой F2V позволяет нескольким другим звездам находиться в системе на промежуточных расстояниях.

Луна будет вращаться вокруг своей планеты, которая будет вращаться вокруг звезды M8V на расстоянии 0,0207 а.е. по неокружной орбите или орбите S-типа вокруг этой звезды, а не вокруг каких-либо других звезд в системе.

Для некруговых планет, если расстояние планеты до ее главной звезды превышает примерно одну пятую ближайшего сближения с другой звездой, стабильность орбиты не гарантируется. 4

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

Таким образом, ближайшее расстояние, которое любые другие звезды в системе могут подобрать к звезде M8V, будет в 5 раз больше большой полуоси орбиты планеты вокруг звезды M8V. Таким образом, ближайшая звезда (или пара звезд) должна находиться не ближе, чем на 0,1035 а.е. к звезде M8V.

Предполагая, что следующая ближайшая звезда (или пара звезд) в системе должна подойти не ближе, чем в 5 раз большее расстояние, она должна подойти не ближе, чем на 0,5175 а.е.

При таком же соотношении третья ближайшая звезда (или пара звезд) должна была бы подойти не ближе, чем на 2,5875 а.е.

При таком же соотношении четвертая ближайшая звезда (или пара звезд) должна была бы подойти не ближе, чем на 12,9375 а.е.

И с таким соотношением пятая ближайшая звезда (или пара звезд) должна находиться на расстоянии не менее 64,68 а.е. от звезды M8V, что дальше, чем максимально возможное расстояние, на котором звезда F2V производит дневной свет на планете и Луне.

Это означает, что в звездной системе может быть от пяти до девяти звезд, звезда M8V, а также четыре другие, более яркие звезды (или, возможно, пары звезд).

Предположим, что ближайшая к звезде M8V звезда (или пара звезд) приближается не ближе, чем к 10-кратной орбите планеты, она приблизится к звезде M8V не ближе, чем на 0,207 а.е.

При том же соотношении расстояний, в 10 раз превышающем расстояние, вторая ближайшая звезда (или пара звезд) будет вращаться на расстоянии 2,07 а.е. от звезды M8V.

При том же соотношении расстояний, в 10 раз превышающем расстояние, третья ближайшая звезда (или пара звезд) будет вращаться на расстоянии 20,7 а.е. от звезды M8V.

При том же соотношении расстояний, в 10 раз превышающем расстояние, четвертая ближайшая звезда (или пара звезд) будет вращаться на расстоянии 207 а.е. от звезды M8V, что намного превышает расстояние, на котором звезда F2V может быть в 0,003333 раза ярче, чем звезда M8V.

Это означает, что в звездной системе может быть от четырех до семи звезд, звезда M8V, а также три другие, более яркие звезды (или, возможно, пары звезд).

Часть пятая: Будут ли обитаемы заблокированные приливами планеты?

Но есть еще одна проблема. Планета, вращающаяся достаточно близко к звезде M8V или даже намного более яркая, чем звезда M8V, чтобы быть достаточно теплой для жизни, стала бы приливно-приливной связью со звездой, при этом одна сторона постоянно обращена к звезде, а другая постоянно лицом от звезды. Вся атмосфера и вода на планете могут замерзнуть на чрезвычайно холодной ночной стороне планеты, оставив планету безвоздушной, безводной и безжизненной.

Существуют некоторые разногласия по поводу того, может ли заблокированная приливом планета в обитаемой зоне красного карлика быть пригодной для жизни или вся вода и воздух на ее ночной стороне замерзли, так что на данный момент это неясно.

https://en.wikipedia.org/wiki/Planetary_habitability#Red_dwarf_systems

Согласно Стивену Х. Доулу в « Обитаемых панелях для человека» , 1964, стр. 71, если звезда имеет массу менее 0,88 массы Солнца, ее обитаемая зона (которую Доул называет ее экосферой ) не будет полной, поскольку планеты во внутренних частях обитаемая зона будет приливно привязана к звезде. И если звезда имеет массу менее 0,72 массы Солнца, все планеты звезды в обитаемой зоне будут достаточно близко, чтобы быть заблокированными приливом.

Часть шестая: два варианта

Поэтому, если вы хотите, чтобы планета в вашей системе планета-луна была пригодна для жизни, у вас есть два варианта.

Вы можете позволить планете быть заблокированной от приливов и надеяться, что она все равно может быть обитаемой, и, таким образом, использовать красную карликовую звезду, настолько тусклую, насколько вы хотите.

Или вы можете использовать более массивную и светящуюся звезду, поместив планету на большее расстояние от звезды и, таким образом, уменьшив относительное расстояние до звезды, способной быть на 0,003333 ярче или ярче, и, таким образом, уменьшив количество звезд, которые вы можете поместить. ваша звездная система поможет осветить все стороны планеты и Луны одновременно.

Часть седьмая: Система, в которой планета не заблокирована приливом

Таким образом, вы будете ограничены использованием звезды класса K1V или более крупной для ближайшей звезды к вашей планете и Луне. Ближайшая звезда в таблице, о которой я упоминал выше, — это звезда K2V с массой 0,78 массы Солнца, светимостью 0,337 солнечной светимости, EED 0,58 а.е. и годом 182,93 земных суток.

Таким образом, звезда F2V будет в 14,839 раз ярче звезды K2V и будет казаться такой же яркой, как звезда K2V, на расстоянии в 3,852 раза больше, или 2,234 а.е. Звезда F2V кажется в 0,00333 раза ярче звезды K2V на расстоянии, в 66,718 раз превышающем длину орбиты планеты вокруг звезды K8V, и, таким образом, на расстоянии 38,696 а.е.

Предполагая, что следующая ближайшая звезда (или пара звезд) будет в 5-10 раз больше орбиты планеты вокруг звезды K2V, она будет вращаться не ближе, чем в 2,9–5,8 а.е. к звезде K2V.

Предполагая, что вторая ближайшая звезда (или пара звезд) будет в 5–10 раз больше орбиты первой звезды, она будет вращаться не ближе, чем в 14,5–58 а.е. к звезде K2V.

Предполагая, что третья ближайшая звезда (или пара звезд) будет в 5-10 раз больше орбиты второй звезды, она будет вращаться не ближе, чем от 72,5 до 580 а.е. к звезде K2V, и, таким образом, будет далеко за пределами 38,659 а.

Таким образом, в звездной системе могут быть одна или две другие одиночные звезды или пары звезд в дополнение к звезде K2V, что составляет в общей сложности от двух до пяти звезд в системе.

Таким образом, было бы возможно спроектировать систему из нескольких звезд, пытаясь заставить звезды освещать планету и Луну со всех сторон одновременно, но это было бы немного сложнее.

Часть восьмая: Обитаемая Луна?

Но, с другой стороны, если вы хотите, чтобы в вашей истории обитаемой была луна, а не планета, вы можете использовать гораздо более тусклые звезды и иметь гораздо большие различия светимости в вашей звездной системе.

Если гигантская и непригодная для жизни планета вращается в пределах обитаемой зоны небольшой тусклой звезды, эта планета быстро окажется заблокированной приливом. Это сделает планету непригодной для жизни, но если это планета-гигант, она все равно непригодна для жизни, и это не имеет значения. Было много предположений о том, что гигантские луны могут вращаться вокруг планет-гигантов, которые вращаются в обитаемых зонах маленькой тусклой звезды. Эти гигантские луны будут привязаны к планетам, а не к звездам.

Таким образом, эти гипотетические экзолуны будут иметь дни чередования света и темноты, которые будут равны периодам их обращения вокруг планет-гигантов. Эти орбитальные периоды и дни будут составлять от примерно 1 земного дня до примерно 15 земных дней. И это было бы намного короче, чем вечный день и вечная ночь на двух полушариях заблокированной приливами планеты.

Так что, если эти гипотетические экзолуны достаточно велики и подходят для других целей, они могут быть пригодны для жизни. Таким образом, у вас может быть пригодная для жизни луна, вращающаяся вокруг планеты, вращающейся вокруг красного карлика класса M.

Но все равно будет предел тому, насколько тусклым может быть красный карлик.

Луна должна вращаться вокруг своей планеты с периодом, меньшим одной девятой длины орбиты планеты вокруг своей звезды, или орбита планеты вокруг звезды должна быть более чем в девять раз длиннее орбиты луны вокруг планеты, для орбиты луны иметь долгосрочную стабильность.

Таким образом, если орбита гигантской пригодной для жизни луны вокруг планеты-гиганта должна длиться от 1 до 15 земных дней, то орбита планеты вокруг своей звезды должна длиться по крайней мере от 9 до 135 земных дней.

Доул считал, что день в обитаемом мире должен длиться менее 96 часов или 4 земных суток. В этом случае период обращения обитаемой луны вокруг своей планеты должен был бы составлять от 1 до 4 земных дней, а период обращения планеты вокруг своей звезды должен был бы составлять не менее 9-36 земных дней.

Доул также рассмотрел случай мира, который приливно привязан к миру-компаньону, а не к своей звезде, и решил, что такой мир может быть пригоден для жизни вокруг звезд с массами всего 0,35 массы Солнца. Солнечные приливы на планетах в обитаемых зонах звезд с меньшей массой были бы настолько высокими и сильными, что размывали бы континенты и уничтожали всю сушу.

Звезда M5V будет иметь массу 0,16 массы Солнца, светимость 0,00229 Солнца, EED 0,0547 Au и год, равный земным дням. Звезда M2V будет иметь массу 0,44 солнечной, светимость 0,0268 солнечной, EED 0,163 а.е. и период обращения 36,51 земных дня.

Так что я предполагаю, что самая маленькая звезда, у которой может быть обитаемая луна, вращающаяся вокруг планеты в обитаемой зоне, может быть чуть меньше звезды M2V, а ее EED будет чуть меньше 0,163 а.е.

Звезда F2V будет иметь светимость в 186,60 раз больше, чем звезда M2V, и поэтому будет иметь яркость, равную звезде M2V, на расстоянии в 13,66 раз дальше, или примерно в 2,2266 а.е., и будет иметь видимую яркость в 0,00333 раза ярче на расстояние в 236,598 раз дальше звезды M2V, или 38,565 а.е.

Часть девятая: Фатальный недостаток.

Так что теперь для кого-то должно быть сравнительно легко спроектировать звездную систему со звездами, расположенными так, чтобы каждая часть вашей планеты и луны всегда освещалась с большей или меньшей яркостью одной или несколькими звездами. Верно?

Неправильный.

Обратите внимание, что я постоянно упоминал орбиты лун, планет и звезд.

И, конечно же, луны, планеты и звезды движутся по своим орбитам. Итак, если в какой-то момент объекты в Солнечной системе расположены так, что вся Луна всегда находится в свете одной или нескольких звезд и всегда в дневном свете, объекты в конечном итоге переместятся в положения, которые настолько отличаются, что только часть луна освещается в любой момент времени.

Можно придумать расположение орбит, при котором все части Луны имеют дневной свет непрерывно в течение нескольких недель. Также возможно, хотя и сложнее, заставить это состояние длиться месяцами. И становится все труднее и труднее заставить это состояние длиться годами, десятилетиями, столетиями или тысячелетиями.

В первоначальном вопросе не уточняется, как долго должно продолжаться состояние дневного света на всех частях Луны. Так что я могу только предположить, что желательно, чтобы это продолжалось миллиарды и миллиарды лет. Что, конечно, фантастически труднее осуществить, чем заставить его длиться всего лишь тысячелетия.

Часть десятая: наконец-то решение!

Существует научно-фантастический рассказ Айзека Азимова «Сумерки» (1941), который был расширен в роман Азимова и Роберта Сильвербурга « Сумерки » в 1990 году и экранизирован в 1988 и 2000 годах. Действие происходит на планете Калгаш, где ночь наступает только раз в 2000 лет.

В блоге Шона Рэйомонда PlanetPlanet есть раздел Real Life science Fiction Worlds , где Рэймонд пытается разработать научно правдоподобные версии различных научно-фантастических миров.

Это включает в себя пост: «Реальный научно-фантастический мир 11: Калгаш, планета в постоянном дневном времени (из Сумрачных налетов Азимова)»

https://planetplanet.net/2018/02/02/real-life-sci-fi-world-11-kalgash-a-planet-in-permanent-daytime-from-asimovs-nightfall/

В этом посте Рэймонд узнает, что если он использует шестизвездочную звездную систему, как описано в истории, он не сможет получить необходимое вечное дневное время.

Итак, в следующем посте Раймонд меняет устройство системы Калгаш, пытаясь создать систему, которая будет производить вечный день по всему Калгашу.

https://planetplanet.net/2018/03/21/asimov-kalgash-take2/

В конце концов Рэймонд придумал свою лучшую версию системы Калгаша, системы с центром в гигантской черной массе, во много раз превышающей массу любой звезды, и кольцом звезд, вращающимся вокруг черной дыры. Или, в некоторых вариантах, планета вращается между внутренним и внешним кольцом звезд.

И это кажется лучшим способом (потому что это единственный способ, о котором я когда-либо слышал, который действительно работает) спроектировать звездную систему, в которой планета или луна имеют вечный дневной свет по всей своей поверхности.

Возможно, самое близкое, что вы можете сделать, это поместить «луну» на орбиту вокруг точки Лагранжа L4 или L5. Тем не менее, это все равно оставило бы около 60 градусов поверхности в тени.

Еще одна идея... У вас может быть кольцеобразная планета, материал кольца которой обладает высокой отражательной способностью, а луна находится внутри внутреннего радиуса колец. Немного гугления говорит мне, что это возможно. В худшем случае Луна находится в тени планеты, а часть колец около Луны находится в тени, но все же должен быть освещенный материал колец, видимый со всех точек на поверхности Луны.