Реалистичные способы, которыми планета или большая луна могут иметь переменные периоды дня и ночи.

если есть способ сделать это, не загораживая звезду планеты другим телом, это было бы предпочтительнее.

Я действительно не понимаю, как, тбх. Проблема в том, что даже при сильной эллиптической орбите вращение вашей планеты всегда одинаково. Сильно эллиптическая орбита, безусловно, даст вам широкий разброс времен года в зависимости от расстояния, но ваш дневной / ночной цикл всегда будет привязан к периоду вращения планеты, и никакие действия, которые вы делаете с орбитами, не могут этого изменить.

Единственное, что вы можете сделать, чтобы цикл дня и ночи менялся таким образом, — это отделить его от вращения планеты, что означает, что вам нужны более сложные отношения, чем просто «Планета, вращающаяся вокруг звезды». «Планета, вращающаяся вокруг газового гиганта» вполне могла бы сработать.

Сценарий, который кажется мне наиболее правдоподобным, состоит в том, что планета, пригодная для жизни, вращается вокруг газового гиганта, который имеет резкий наклон оси по отношению к своей орбитальной траектории вокруг звезды. Представьте себе, что вы берете Юпитер (или Сатурн, если хотите) и наклоняете его ось вращения (и ось его спутников) на 90 градусов. У вас было бы две точки на орбите газового гиганта, где ось вращения была бы направлена ​​прямо на звезду, и, таким образом, одно или другое полушарие планеты-спутника непрерывно получали бы солнечный свет (назовем их солнцестояниями). Еще в двух точках орбиты газового гиганта ось вращения была бы параллельна орбите газового гиганта, и у вас был бы цикл день/ночь, напрямую связанный с периодом вращения планеты-спутника.

Вы будете медленно переходить от одного состояния к другому, пока газовый гигант вращается вокруг своей звезды.

Для справки, если принять значения Юпитера, один цикл займет чуть меньше 12 лет. У вашего спутника-луны будет пара лет арктической зимы в северном полушарии, за которыми следуют четыре года перехода к лету с непрерывным дневным светом, а затем процесс пойдет вспять.

В зависимости от близости к газовому гиганту, ваш спутник-луна может иметь период обращения (и, следовательно, дневной/ночной цикл) где-то между 40 и 400 часами, если вы хотите, чтобы он находился в пределах того же орбитального расстояния, что и галлилеевские спутники.

Это что-то вроде того, что происходит, когда у вас есть планета, вращающаяся вокруг одной звезды в двойной системе.

На иллюстрации ниже предположим, что период вращения зеленой планеты составляет 96 часов.

В положении № 2 звезды выстраиваются в ряд, и у вас есть 96-часовой рабочий день.

В позиции № 4 у вас есть два полуденных времени и 2 сумерки, что дает вам как бы два 48-часовых дня. Если на вашей планете есть атмосфера, которая создает особенно сильное релеевское рассеяние, если ваш вид может видеть только в более отраженных длинах волн или если у них просто плохое зрение при слабом освещении, эти периоды сумерек могут выглядеть как ночное время.

Хотя это может быть не совсем то, что вы хотите. В позициях №1 и №3 у вас будет удлиненный дневной цикл и укороченный ночной цикл; таким образом, продолжительность дня не будет масштабироваться равномерно, скорее это будет аномалия определенного времени года, когда вы получаете 2 видимых дня за оборот.

Другим вариантом, который лучше подходит в некоторых отношениях, но хуже в других, будет заблокированная приливом луна на неправильной, не полностью истинной орбите. Это может дать вам вариации длины дня, о которых вы говорите, но эти орбиты нестабильны. Ни одна планета или луна никогда не сформировались бы на такой траектории, но если у вас есть карликовая планета или большой астероид, который подхвачен гравитацией большого проходящего мира, его начальная орбита будет неустойчивой, и потребуется много времени, чтобы выйти на стабильную орбиту. По мере того, как орбита начинает устанавливаться, она начинает развивать все более высокий уровень предсказуемости, это означает, что вы можете разработать модель орбит, где некоторые из них занимают гораздо больше времени, чем другие, поскольку в некоторых случаях она проходит близко, а в других - широко.

В геологическое или эволюционное время это было бы временным состоянием, но в течение жизни цивилизации это могло бы стать всем, что они когда-либо знали.

Одно предостережение в такой ситуации заключается в том, что эти вариации не будут иметь ничего общего со временем года. У вас может быть несколько «сезонов дня» в году или несколько лет в «сезоне дня», в зависимости от того. Другое дело, что 48-96 часов — довольно быстрая лунная орбита. Лучше всего для достижения такой орбитальной скорости находиться на относительно близкой орбите к газовому гиганту. На требуемом расстоянии ваша планета будет испытывать приливные силы, в 10 000 раз превышающие те, которые Луна имеет на Земле. Мы надеемся, что приливная блокировка предотвратит худший ущерб, который в противном случае был бы нанесен, но, поскольку вы находитесь на такой иррациональной орбите, ваша приливная блокировка не будет идеальной; так что колебание вашей луны относительно растения, вероятно, вызовет серьезные приливы.

Самая большая проблема с изменением продолжительности цикла день-ночь заключается в том, что вращающиеся планеты представляют собой огромное количество углового момента, и внесение изменений в него обычно связано с «неприятными вещами», которые необходимо делать с поверхностью.

Высокоэллиптическая орбита может вызвать сильное сезонное влияние в глобальном масштабе, в отличие от сезонного влияния Земли в масштабе полушария, но на самом деле вы не собираетесь легко влиять на свой цикл день-ночь. Вместо этого у вас будут очень жаркие [потенциально опасные] дни на коротком конце вашей орбиты, в то время как чрезвычайно тусклые и холодные дни будут на длинном конце вашей орбиты, но время от восхода до восхода солнца останется тем же общим средним.

Самый простой способ изменить продолжительность солнечного дня на поверхности планеты — это отделить поверхность от ядра и ввести дополнительную механику. Другими словами, не делать из нее планету, а делать из нее планетарную машину .

Ваша поверхность — это не просто твердый прохладный слой горных пород, плавающий над расплавленным ядром и медленно продвигающийся к возможной тепловой смерти Вселенной, это маховое колесо гигантской машины…

То, что именно делает машина , или даже кто ее построил, не слишком важно, по крайней мере, для любой цивилизации, которая может возникнуть на внешней поверхности этой «мушиной оболочки», и то, насколько они понимают ее, не слишком важно. к самой машине. Все, о чем нам действительно нужно заботиться, это то, что он передает импульс туда и обратно между своей оболочкой и ядром, следуя последовательному процессу по регулярному графику.

Те, кто находится на поверхности, могут наблюдать некоторые странные эффекты, помимо изменения продолжительности цикла день-ночь и, возможно, некоторые электромагнитные излучения, но наша машина может весело пыхтеть целую вечность, выполняя свою работу, в то время как ученые на поверхности обсуждают природу и структуру того, что скрыто. внутри их «планеты».

[Возможно, частью нашего построения мира является то, что какой-то слишком умный человек или группа людей подозревает, что на планете есть нечто большее, чем расплавленная скала, или, может быть, все просто пожимают плечами и продолжают свою жизнь с более причудливыми часами и мышлением: «Ну, просто так обстоят дела...» с легкими подозрениями в том, что это немного странно.]

Является ли планета-машина межгалактическим устройством Судного дня или просто неудачной научной поделкой сверхразвитой цивилизации, гораздо менее важно для нас, чем тот факт, что внешняя оболочка регулярно обменивается угловым моментом туда и обратно...

Другие «немного» более правдоподобные варианты могут включать странности с материалом и структурой ядра планеты [и, таким образом, необходимость мириться с тем, что некоторые члены сообщества поднимают вонь по поводу того, что планета больше не считается планетой согласно МАС ...] так что его вращательные свойства не совсем стабильны.

[Хотя вероятность многих предположений в различных ответах может сильно приближаться к нулю в нашей реальной вселенной, нам не нужно довольствоваться такими скучными реалиями в художественной литературе...]

Несколько факторов могут изменить дневной цикл вашей планеты в течение года. Все это требует, чтобы ваша планета имела подвижную массовую площадь, а в вашем конкретном случае очень большую массовую площадь. Венера имеет переменную продолжительность дня на 7 минут, и частично это объясняется тем, что горы останавливают поток облаков (масса перестает вращаться). Это только 2 минуты, остальное загадка.

Динамическое торможение магнитосферы :

Ядро вашей планеты представляет собой расплавленное железо с уникальным циклом, который повторяется каждый год. Эта планета представляет собой огромный магнит, подобный ртути , который создает магнитосферу из солнечных ветров.

Что делает вашу систему еще более сложной, так это планета-сестра, вращающаяся вокруг нее (или очень железистая луна), оттягивающая часть магнитного потока в определенные части года, что меняет форму магнитосферы. Магнитосфера и ядро ​​планеты образуют двигатель, который ускоряет и замедляет планету в течение года.

Кроме того, жидкое ядро ​​планеты вращается с другой скоростью, чем кора. И ядро, и кора сильно ферромагнитны и вносят свой вклад в двигательное действие.

Время всего этого движущегося материала, бинарных орбит и солнечных ветров выходит за рамки чудесного, но его существование не выходит за рамки того, что физически возможно.

Расчеты для такой системы выходят за рамки того, что мы понимаем сегодня. Ответ: Магниты.

Я определил «достаточно обитаемый» просто как означающий, что он имеет несколько постоянную орбиту. И большая часть поверхности планеты обычно разрывается на части, поэтому вам понадобится новый вопрос, чтобы увидеть, возможно ли контролировать тектоническую активность на такой планете с какой-то удивительно гладкой и однородной жидкой нижней мантией. Гравитация планеты-сестры или луны делает это еще более проблематичным.

Ваша планета/луна маленькая, поэтому она не втянулась в сферу. Он комковатый. Таким образом, под гравитационным воздействием других небесных тел его вращение хаотично. В то время как угловой момент мира постоянен, его ось вращения постоянно меняется, как и его момент инерции и, следовательно, продолжительность дня.

В Солнечной системе есть несколько лун, которые работают подобным образом. Вращение Гипериона настолько хаотично, что НАСА не могло точно запланировать проходы зонда Кассини для сканирования новых участков поверхности. На спутнике Плутона Никсе могут быть дни, когда солнце восходит на востоке и заходит на севере.

Вероятно, невозможно предсказать продолжительность дня на все времена, но было бы правдоподобно предсказывать на несколько лет.

Наклонное колебание

Не все дни на Земле одинаковы. Дни длиннее летом и короче зимой. Причина этого проста — Земля вращается вокруг оси, которая составляет в среднем 23,4 градуса. Измерением этой оси является разница между плоскостью вращения Земли вокруг Солнца и вращением Земли. Это называется наклонностью.

И наклонность колеблется. Не так много на Земле, и очень постепенно, очень мало до такой степени, что вы едва замечаете это. Это потому, что он был стабилизирован, среди прочего, Луной. Но это может быть намного больше и произойти быстрее. Если это так, то места на указанной планете могут быть притянуты выше или ниже наклона и, таким образом, будут действовать так, как мог бы действовать арктический круг: бывают дни солнечного света, затем дни темноты, и когда колебания наклона не притягивают его. и эффект это, обычные дни.

Конечно, есть проблемы. Это повлияет только на определенные районы планеты, будет трудно добраться до экватора, дестабилизированное наклонение испортит погоду, и потребуются кошмарные расчеты, чтобы выяснить, как именно это может работать. Но это мысль.

Гиперион, спутник Сатурна, не имеет ни предсказуемой продолжительности дня, ни направления вращения.

Гиперион, один из спутников Сатурна, отвечает некоторым вашим требованиям. Но у него есть ряд странных факторов. См. https://en.wikipedia.org/wiki/Hyperion_(moon) и https://www.space.com/20770-hyperion-moon.html .

Вытянутой формы, так что концы находятся гораздо дальше от центра, чем низины. Малая масса, такая, что вас может сбросить катапульта, особенно если вы стартуете с одного из концов. Очень странный состав, вероятно, водяной лед и органика, с очень высоким процентом пустых пузырьков, таких как пенополистирол. Удлиненная орбита вокруг Сатурна, синхронизированная с более крупным спутником Титаном. Сильный электрический заряд.

Обратите внимание, что орбита стабильна в соотношении 3:4 относительно более крупного спутника Титана. Так что его положение в пространстве предсказуемо, а ориентация — нет.

Вы можете достичь желаемого с помощью осевой прецессии . Это на самом деле происходит здесь, на Земле, хотя и очень медленно (26 000 лет на один оборот, считается, что это способствует возникновению здесь ледниковых периодов).

Если бы ваша планета или луна имели более быструю, беспорядочную осевую прецессию (скажем, со скоростью 1 или 2 в год или 1 раз в 2 года, с большим углом наклона), а еще лучше - многократное (3 и более) осевое вращение у вас может быть очень переменная продолжительность дня / ночи. Это также привело бы к очень неустойчивому сезону.

Нечто подобное, хотя и менее экстремальное, могло бы быть возможным при довольно эксцентричной орбите.

Допустим, эксцентриситет равен 1/3, что означает, что афелий (самое дальнее расстояние от Солнца) в два раза больше перигелия (ближайшее расстояние). Из законов Кеплера мы получаем, что орбитальная скорость в перигелии вдвое больше, чем в афелии.

В качестве приближения предположим, что орбитальная скорость равна скорости перигелия для всей ближайшей к солнцу четверти орбиты (что довольно близко к истине), и скажем, что эта четверть орбиты соответствует самому длинному дню, начиная с восхода солнца до захода солнца, или 48 часов. Затем планета должна совершить три четверти полного оборота в течение этой четверти оборота, а это означает, что период вращения планеты составляет 64 часа.

В афелии планете потребуется примерно 96 часов, чтобы завершить четверть оборота (опять же, как близкое первое приближение). Это полтора оборота, соответствующие полутора четвертям дневного/ночного цикла. Таким образом, в сутках примерно 38,4 часа.

Это менее экстремально, чем то, о чем вы просите, но более эксцентричная орбита будет означать еще более резкие перепады температур, чем здесь, где планета получает четверть солнечного света в афелии, чем в перигелии. Очень плотная атмосфера могла бы компенсировать это, но не более того.

Другое дело, что общий период обращения планеты здесь составляет всего 288 часов, или 12 земных суток. Это подразумевает очень холодное солнце, скорее всего, красный карлик. Если вы этого не хотите, это решение не для вас.