A altas temperaturas, ¿los planetas brillan como cuerpos negros?

He estado jugando en Universe Sandbox por un tiempo y noté que cuando un planeta se calienta, brilla como un cuerpo negro a partir de ~ 4000 K. ¿La simulación aquí es precisa o los planetas muy calientes brillan de manera diferente según su composición?

Respuestas (1)

A altas temperaturas, ¿los planetas brillan como cuerpos negros?

¡Sí, y a bajas temperaturas también! 1

1 Como señala @DavidHammen , dado que es probable que haya una estrella cerca del planeta, también reflejará la luz de ella, por lo que el "brillo" con radiación térmica puede en algunos casos enmascararse o al menos mezclarse con la radiación térmica reflejada de la estrella

Pero hasta donde yo sé, cuando los telescopios infrarrojos térmicos detectan asteroides, están viendo el propio "brillo" térmico del asteroide, no el IR térmico reflejado del Sol.

Para abordar esto más completamente, acabo de preguntar Cuando los telescopios espaciales infrarrojos térmicos detectan asteroides, ¿están viendo la emisión térmica del propio cuerpo o la TIR reflejada del Sol?

Esta es una pregunta interdisciplinaria realmente interesante y como es demasiado larga para un comentario, escribiré algo aquí.

Un cuerpo negro es un concepto idealizado. Es demasiado largo para citarlo completo pero a una temperatura T su espectro de emisión viene dado por la ley de Planck :

B ( v , T ) = 2 h v 3 C 2 1 Exp ⁡ ( h v k B T ) − 1

o

B ( λ , T ) = 2 h C 2 λ 5 1 Exp ⁡ ( h C λ k B T ) − 1

dónde h , C y k B son la constante de Planck, la velocidad de la luz y la constante de Boltzmann.

Sus picos tienen colores ligeramente diferentes porque son diferenciales (es decir, por unidad de frecuencia frente a por unidad de longitud de onda).

Ahora estamos familiarizados con la ley de Stefan-Boltzmann donde la potencia total radiada por un objeto de área A integrado sobre todos los colores es

PAG = A ε σ T 4

dónde σ es la constante de Stefan-Boltzmann y ε es la emisividad de la superficie.

Si quisieras conocer el espectro de emisión térmica de un cuerpo, multiplicarías la distribución de Planck B de un cuerpo negro idealizado por la emisividad del objeto ε .

Pero la emisividad dependiente de la longitud de onda es lo que realmente busca

La forma principal en que un planeta caliente se desviará de una distribución de Planck es en ε y sobre todo su variación con la longitud de onda (que muchas veces se olvidan de contarte en clase); ε ( v ) o ε ( λ ) .

Ejemplo extremo de emisividad dependiente de la longitud de onda

Hubo un anuncio reciente de una pintura especial "ultrablanca" que tenía un albedo extremadamente alto (97,6 % y, por lo tanto, baja emisividad) en el visible y un albedo muy bajo (alta emisividad; ~96 %) en la "ventana del cielo" de la radiación térmica. infrarrojo.

Si pintó esto en algo, potencialmente podría enfriarse incluso durante el día al irradiar calor hacia el "frío del espacio" a través del rango de longitud de onda de la ventana del cielo donde nuestra atmósfera es algo transparente al IR térmico.

Interfaces y materiales aplicados de ACS @ACS_AMI tweet

Fuente ACS Applied Materials & Interfaces @ACS_AMI tweet

Curiosidades ligeramente relacionadas

En el caso de asteroides y planetas enanos (cosas con superficies sólidas y sin atmósfera ópticamente apreciable) y especialmente para aquellos que son demasiado pequeños para determinar su tamaño, a menudo asumimos que su albedo visible es bajo, algo así como 0,1 si no tenemos otra información.

A menudo se supone que su emisividad en el infrarrojo térmico es del orden de 0,9, y eso es importante ya que los telescopios espaciales que buscan NEO (algunos ya están arriba y otros que aún no han despegado) usan IR térmico para detectar NEO contra un fondo CMB frío.

Pero la emisividad dependiente de la longitud de onda se mostrará como una desviación de una distribución de Planck, y eso puede ofrecer algunas pistas sobre la composición (por ejemplo, muchas tolinas versus no tantas tolinas)

¿Por qué la imagen térmica de la superficie de Mercurio requiere un telescopio en un jet volando a través de un eclipse? describe un ejemplo del uso del brillo de la superficie de un objeto que se encuentra dentro de una amplia banda de longitudes de onda del infrarrojo térmico para determinar su temperatura. Lo que están haciendo es asumir una emisividad constante o, siendo la NASA, tal vez tuvieron en cuenta una emisividad previamente dependiente de la longitud de onda de la espectroscopia durante el análisis; la cámara en sí probablemente no tiene capacidades espectrales.

Si compra un termómetro infrarrojo, tiene una emisividad constante preprogramada de 0,9 o 0,95 o le permite cambiarla. Los que te pegan en la oreja o en la frente están preprogramados.

El ejemplo añadido de la pintura hace que la dependencia de la ley de Planck de la longitud de onda (o frecuencia) sea aún más clara. ¡Esto demuestra que la pintura y la astronomía van muy bien juntas! Muy buena respuesta también!
¡Especialmente la pregunta de Bennu es buena! Nunca pensé en pintar un asteroide peligroso. Destruirlos era la única manera, pensé. Pero la pintura puede hacer el trabajo...
Pero con las bandas de absorción no brillan como los cuerpos negros (?). ¿Quizás calificar el "sí"?
@PeterMortensen Es como el espectro de absorción del sol. En general, es bastante negro como el cuerpo. Pero hay ciertas longitudes de onda que emiten algo menos. Cuando el sol se eclipsa aparecerá el "negativo" del espectro (emergiendo de la capa gaseosa del sol). Para un planeta, no hay capa gaseosa pero habrá absorción para ciertas longitudes de onda. Así que no es cuerpo completamente negro, pero casi.
@PeterMortensen ya, el alcance de mi respuesta probablemente no abarque los efectos de la atmósfera, y dado que la pregunta se refiere a planetas tan calientes como 4000 K, abre la pregunta de qué significa eso; este cuadro enumera 17 elementos (comenzando con rodio) con puntos de ebullición superiores a 4000 K, en su mayoría metales excepto el carbono. ¡Creo que debería abordarse de alguna manera, pero no estoy seguro de estar calificado para afirmar con certeza la naturaleza de un planeta que se ha calentado a tal temperatura!
@Methadont ídem.
No estoy de acuerdo con "Sí, ¡y a bajas temperaturas también!" La radiación de cuerpo negro es unimodal. La radiación electromagnética de los planetas tiene una distribución marcadamente bimodal. El componente de mayor frecuencia en esa distribución bimodal es la luz solar reflejada (que no es exactamente un cuerpo negro). El componente de frecuencia más baja en esa distribución bimodal es la radiación térmica, y si el planeta tiene una atmósfera, tampoco sigue una distribución de cuerpo negro.
@DavidHammen ese es un muy buen punto para señalar. Tenga en cuenta que "¡Sí, y a bajas temperaturas también!" es una respuesta directa a la oración "A altas temperaturas, ¿los planetas brillan como cuerpos negros?" y no se puede argumentar que no lo hacen a baja temperatura. Hasta donde yo sé (y no dude en corregirme si me equivoco), no hay nada en el brillo que impida el reflejo simultáneo . Creo que es correcto como está escrito, pero quizás incompleto . Pero eso es consistente con "algo en desacuerdo". He publicado una advertencia extendida para que esté completo y haré una nueva pregunta en este momento.
A altas temperaturas, ¿los planetas brillan como cuerpos negros?
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