Cálculo del espectro solar recibido por un planeta

¿Cómo calculo el espectro de luz experimentado en la superficie de un planeta alienígena? Lo necesito para decidir de qué color será predominantemente la vida fotosintética local.

Tenga en cuenta que en nuestra propia Tierra la vida fotosintética puede ser roja , marrón , verde, azul verdosa o azul , e incluso (raramente) amarilla (como en el caso de Acer palmatum "Golden Pond"). Las plantas terrestres son verdes porque descienden de ancestros verdes, usando clorofila a ; no por el espectro de la luz solar, que en realidad tiene un máximo en la región amarillo-verde...
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Necesita la ley de Planck en.m.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law que describe el espectro emitido por el cuerpo negro de temperatura T. Las estrellas son efectivamente cuerpos negros con temperatura en el rango de miles de kelvin. Después de eso, debe investigar los espectros de absorción de los gases y cortar "barrancos" en el espectro en las longitudes de onda correspondientes a los gases más abundantes.

Respuestas (2)

Depende de tu estrella y de las longitudes de onda que sean absorbidas por la atmósfera. Aquí hay un gráfico para la Tierra:

espectro de radiación solar

Los bits amarillos son la luz que llega del sol, los bits rojos son los que atraviesan la atmósfera. La luz entrante coincide bastante bien con un espectro de cuerpo negro. Las estrellas de diferente temperatura (color) cambiarán el pico en consecuencia, pero cualquier criatura nativa presumiblemente evolucionará para usar las longitudes de onda "más brillantes" equivalentes para su rango visible.

Como puede ver, aunque hay partes del espectro que son mayormente absorbidas, especialmente por el vapor de agua, tienden a estar principalmente en la parte infrarroja del espectro, y las bandas de longitud de onda con la energía más alta están en el visible y el infrarrojo cercano. .

La imagen es de Wikipedia, preparada por Robert A. Rohde como parte del proyecto Global Warming Art, con licencia Gnu Free Documentation v1.2 o posterior.

Si planea agregar otros gases/compuestos a su atmósfera, probablemente valga la pena buscar datos espectroscópicos para ver dónde están las bandas de absorción espectral.

Entonces, ¿cómo calcularía ese gráfico para mi planeta?
Si tiene una atmósfera similar a la terrestre (oxígeno, vapor de agua, CO2), las caídas serán de las mismas longitudes de onda. Si tienes cosas en la atmósfera que no están en la nuestra, necesitarás buscar bandas de absorción espectroscópicas para las cosas nuevas y agregar inmersiones apropiadas en esas longitudes de onda. Para la luz solar entrante, calcule la curva de cuerpo negro para la temperatura de su estrella; la forma será similar pero el pico cambiará a longitudes de onda más cortas para las estrellas más calientes (más azules), o longitudes de onda más largas para las más frías (más rojas).

El espectro de luz recibido por su planeta dependerá de dos factores: el resplandor espectral de la(s) estrella(s) madre(s) y la composición atmosférica del planeta. La temperatura de la estrella determina su espectro (visto desde el espacio). La composición atmosférica del planeta determinará qué longitudes de onda de luz se dispersan y absorben del espectro recibido por la(s) estrella(s) madre(s).

Resplandor espectral

La radiación espectral de su estrella puede aproximarse mediante la Ley de Planck :

B λ ( λ ) = 2 h C 2 λ 5 1 mi h C λ k B T 1

dónde h es la constante de planck, C es la velocidad de la luz en el vacío, y k B es la constante de Boltzmann y T es la temperatura de su estrella. Si aún no lo ha determinado, puede consultar los tipos espectrales estelares de Hiperfísica . Graficado B λ contra λ producirá el gráfico espectral @JerryTheC al que se hace referencia en su respuesta. También puede calcular la longitud de onda en la que la intensidad por unidad de longitud de onda de la radiación es máxima, λ máximo usando la Ley de Desplazamiento de Wien ( explicada aquí ):

λ máximo = b T

donde b es la constante de desplazamiento de Wiens.

**Nota: La ley de desplazamiento de Wien ubica el máximo del espectro. Si el espectro es Gaussiano (en forma de campana), entonces el color será una mezcla de las longitudes de onda dentro de una desviación estándar de λ máximo . Esa es la 'normalidad' de la gaussiana λ máximo ± 1 σ o el azul en esta curva .

Composición Atmosférica

La atmósfera de la Tierra está en capas. Dado que cada capa tiene una composición diferente, cada una de ellas dispersa diferentes longitudes de onda. La capa de ozono en la estratosfera dispersa la luz ultravioleta. El nitrógeno en la troposfera dispersa la luz azul mucho más que la luz verde, amarilla y roja ( ver esto ). A medida que la luz atraviesa más aire, la dispersión aumenta, cambiando así el color hacia longitudes de onda más pequeñas. Es por eso que el sol en su cenit es amarillo, pero rojo anaranjado al amanecer/atardecer.

Si la composición atmosférica dispersara la luz de manera diferente, espere resultados similares, pero en diferentes longitudes de onda. Desafortunadamente, no puedo proporcionar nada más útil aquí sin un conocimiento previo de su composición atmosférica, e incluso entonces, no soy un científico (exo)planetario.