¿Es posible que una luna tenga continuamente un lado frente a su estrella mientras orbita un planeta?

Por ejemplo; ¿Existe alguna posibilidad de que la luna siempre tenga un lado orientado hacia el Sol mientras orbita la Tierra? Y si es así, ¿cómo sería el ciclo del día?

Resolví las matemáticas, es bastante sencillo. Si tomamos la esfera de Hill , que es una estimación de la órbita más lejana posible, y solo voy a ejecutar las matemáticas en órbitas circulares. Las órbitas elípticas son más difíciles de poner en resonancia de todos modos.

La simple fórmula de Hill Sphere. $3\frac{r^3}{a^3} = \frac{m}{M}$, dónde $a$ es el planeta semieje mayor al sol y $r$ es la distancia de la luna al planeta, pequeña $m$, masa del planeta, grande $M$, masa de la estrella.

Para calcular las fuerzas de marea, la fuerza cambia con la tercera potencia del radio, por lo tanto, para una fuerza de marea igual en una luna tanto de la estrella que orbita el planeta como del planeta que orbita, $\frac{r^3}{R^3} = \frac{m}{M}$, y eso coloca claramente las fuerzas de marea iguales fuera del borde exterior de la Esfera Hill por un factor de la raíz cúbica de 3, o aproximadamente 1.44

La mitad exterior de la Esfera Hill no es estable a largo plazo de todos modos en sistemas reales, por lo que para que la Luna experimente una fuerza de marea más fuerte de la estrella que orbita el planeta de lo que experimenta de su planeta, necesitaría estar bien fuera del establo región orbital alrededor del planeta, por al menos un múltiplo de 2,88.

No hay forma de que ninguna luna en ningún sistema se bloquee por marea en su estrella y no en su planeta.

La luna está gravitacionalmente cerrada a la Tierra. Debido a que el campo gravitacional depende de la distancia, la gravedad de la Tierra no afecta a la luna de manera uniforme: el lado más alejado no es atraído con tanta fuerza como el lado más cercano, estos son los efectos de las mareas. Esto hace que el lado más pesado de la luna mire hacia la tierra, es decir, la luna está bloqueada por la marea a la tierra. El sol está mucho más lejos (~ 360 veces). Eso significa que la diferencia en el vector de campo gravitacional del sol a través de la luna (es decir, los efectos de las mareas) es mucho menor. Por lo tanto, si un objeto está unido gravitacionalmente, lo será con el objeto que orbita. Si estuviéramos lo suficientemente cerca del sol que la luna se vería más afectada por los efectos de las mareas del sol que los de la Tierra, estaríamos tan cerca que la luna ya no orbitaría la Tierra porque sería arrastrada por el Dom.

Entonces, no, una luna no estará bloqueada por la marea a una estrella. Sin embargo, si una luna fuera perfectamente esféricamente simétrica (y sólida), no podría ser bloqueada por mareas. Luego, por coincidencia extrema , podría tener un período de rotación sideral similar al período orbital de su planeta alrededor del sol.

Hay objetos que están bloqueados por mareas a las estrellas, por ejemplo Mercurio. Mercurio orbita al sol en 87 días, y gira alrededor de su eje en 87 días. Eso significa que en un lado de Mercurio siempre es de día, y en el otro lado siempre es de noche, no hay ciclo de día y noche en Mercurio. Mercurio está realmente en resonancia orbital, ver más abajo.