Может ли осевой наклон планеты повернуться так, чтобы он всегда был обращен к своей звезде?

Вероятно, нет, потому что либо планета должна быть слишком близко к своей звезде, либо ее луна должна быть слишком близко к планете.

Возьмем в качестве примера Землю.

Простой расчет прецессии первого порядка — игнорируя на данный момент влияние Луны — показывает, что скорость прецессии зависит от массы звезды и от большой полуоси орбиты.$a$в минус третьей степени ($a^{-3}$). Период прецессии Земли, если бы имело значение только Солнце, составил бы около 40 000 лет. Единственный возможный способ увеличить скорость прецессии — уменьшить$a$приблизив Землю к Солнцу. («Но не сделает ли это Землю горячее?» — спросите вы. Да, сделает.) Уменьшение орбиты Земли в 34 раза должно сделать это ($34^{3} \approx 39,000$) -- за исключением того, что сейчас орбита настолько мала, что земной год длится всего 2,2 дня! Итак, мы должны приблизить Землю еще ближе...

В принципе, существует волшебная точка, в которой скорость прецессии равна орбитальному периоду, потому что скорость прецессии увеличивается с$a^{-3}$, а орбитальный период уменьшается с$a^{-1.5}$. Используя простую формулу, они уравниваются, если уменьшить орбиту Земли примерно до 1/1200 от ее первоначального размера. Однако на данный момент земной «год» составляет всего около 12 с половиной минут. Кроме того, Земля находится глубоко внутри Солнца — всего около 20% расстояния от центра до поверхности Солнца — поэтому простые приближения, которые мы использовали, больше недействительны. (И это очень, очень жарко.)

В действительности, Луна тоже вносит свой вклад в прецессию, и ее вклад можно усилить, переместив Луну ближе к Земле, что не создает проблемы одновременного сокращения продолжительности земного года. Таким образом, если вы приблизите Луну примерно в 34 раза, вы, в принципе, можете увеличить скорость прецессии из-за Луны примерно до одного раза в год. Таким образом, Луна оказалась бы едва за пределами своей полости Роша, так что она, вероятно, не раскололась бы (если только ее внутренняя часть не расплавилась, а тогда, возможно, это произойдет). Конечно, наличие чего-то вроде Луны так близко означало бы огромные приливы, которые тормозили бы вращение Земли (и заставляли Луну двигаться наружу); в более стабильной ситуации вращение Земли было бы приливно привязано к орбите Луны, поэтому Луна никогда не двигалась бы в небе, если смотреть с Земли, а день будет длиться около 3 с половиной часов. Но если бы Земля вращалась быстрее,уменьшить скорость прецессии (которая пропорциональна$1/\omega$, куда$\omega$это скорость вращения Земли), поэтому вам придется переместить Луну еще ближе ... В конце концов, я не думаю, что вы можете избежать того, чтобы Луна была так близко, чтобы ее разорвало на части приливные силы. Что было бы позором, если только ты не любишь кольца.

Конечно, это возможно, но вы бы быстро (геологически) испарили планету, вам потребуется около 1,4 * 10 ^ 27 Нм крутящего момента в год, чтобы заставить ось вращения прецессировать на 360 градусов в год, что вы и просите , это будет производить 1,4 * 10 ^ 27 Дж отработанного тепла. Чтобы представить это в перспективе, одна мегатонна равна 4,18 * 10 ^ 15 Дж, поэтому вы ежегодно получаете эквивалент 291 666 666 666 миллионов тонн тротилового эквивалента отработанного тепла (это почти ровно 0,1% от общей постоянной мощности Солнца). Земля весит 5,97 * 10 ^ 24 кг, так что это 234,5 Дж на килограмм в год для всей планеты от ядра до экзосферы, что будет нагревать всю планету примерно на 0,25 К в год каждый год, вы расплавите всю планету за 6800 лет. и испарить его в массовом порядкевсего через 11800 лет. Это предполагает, что вы начинаете с полностью твердого куска чистого кремнезема, которым Земля не является, потребуется гораздо меньше времени, чтобы испарить земной мир.

Из других ответов кажется очевидным, что если бы осевой наклон планеты был ненулевым, то было бы довольно сложно достичь того, что вы ищете.

Я хотел бы знать, возможно ли, чтобы наклон всегда был одинаковым относительно центра масс звезды.

Ну, вы могли бы заставить планету иметь осевой наклон в ноль градусов. В этом случае «наклон» всегда был бы одинаковым по отношению к звезде. Конечно, это не создало бы некоторых возможностей, которые вы хотели изучить:

как вечные дни и ночи на полюсах

Однако отсутствие осевого наклона (и, следовательно, времен года) привело бы к другим необычным явлениям, которые могут вас заинтересовать. Что, если бы планета, похожая на Землю, не имела осевого наклона?

Нет, не может.

Это значило бы изменить в течение одного года импульс вращения всей планеты, заставив ее совершить полный оборот.

Скажем по-другому: это будет полная осевая прецессия за один год (вместо стандартных 25 765 лет).

Осевая прецессия возникает из-за «сплющенной» формы Земли из-за вращения и будет быстрее, если планеты вращаются быстрее; было бы невозможно, чтобы он был короче одного года, потому что планета распадется первой.

Да, ты можешь. В то время как прецессия наклона земной оси составляет 26 000 лет, SOI Солнца составляет почти световой год в радиусе. Даже используя только компонент прецессии Луны, было бы легко разместить планету размером с Землю и Луну достаточно далеко, чтобы осуществить это.

Конечно, таким образом вы получите темный ледяной шар мира.

Хотите ли вы иметь циркумбинарную систему, в которой период обращения планеты подобен периоду обращения Сатурна (30 лет)? Тогда, видимо, да.

Kepler-413b находится в двойной звездной системе на околобинарной орбите. Наклон ее оси изменяется до 30 градусов за 11 лет. Он получает в 1,7–3,8 раза больше звездного потока, чем мы на Земле, поэтому немного жарко. Если бы вы могли переместить его в 1,4 раза дальше, поток здесь был бы в 0,85–1,9 раза, так что, возможно, вы могли бы выжить значительно дальше от экватора. Осевой наклон, орбитальная прецессия и орбитальный наклон кажутся изменяющимися в настоящее время непредсказуемым образом. Это может быть связано с наличием дополнительных гравитационных акторов в звездной окрестности (планеты или звезды). Но, если это полезно, позволяет быстро осевой прецессии быть

• исправлено, если у вас нет дополнительных актеров и синхронизированы орбиты звезда-звезда и планета-звезда,
• нарушены небольшими случайными количествами из-за дополнительных действующих лиц: планет или малых/далеких звезд, и/или
• нарушена в больших количествах одним крупным актором, который находится на очень эксцентричной орбите вокруг ЦМ.

Изменить (подробности из ссылок):

• « Наклон оси вращения планеты может измениться на целых 30 градусов за 11 лет »,
• « Кроме того, CBP испытывает состояния, подобные Кассини, под влиянием EB, в которых наклонность планеты прецессирует со скоростью, сравнимой с ее орбитальной прецессией [«~ 4000 дней»]». и повторил в своей бумаге ,
• опечатка: « полюс прецессии вращения планеты [...] колеблется с частотой орбитальной прецессии 11 лет », они предполагают возможную дополнительную прецессию наклонения «вокруг двойной оси с периодом ~ 300 лет».