Cielos de exoplanetas terrestres: he creado un gráfico de cielo visual. ¿Es preciso?

Soy un artista (y entusiasta de la ciencia) y he estado tratando de encontrar un recurso completo que me ayudaría a identificar claramente los posibles colores del cielo (como los percibe la visión humana) para los exoplanetas que tienen atmósferas con una composición química similar a la de la Tierra. Es más complicado de lo que esperaba. Reuní varios recursos y construí lo que espero sea un gráfico decentemente preciso del color aparente del sol junto con el color del cielo.

ACTUALIZACIÓN: revisé esta publicación y agregué un nuevo gráfico del cielo mejorado (abajo). Referencias científicas para el mapa del cielo: Ref A , Ref B

Nuevo gráfico del cielo

¿Qué tan preciso es mi gráfico? ¿Es esta una representación justa del cielo/sol en mundos alienígenas con atmósferas muy ricas en nitrógeno/oxígeno? ¿De qué manera podría mejorarlo?

El gráfico no está destinado a tener en cuenta cosas como el polvo, el aspecto del cielo al amanecer/atardecer u otros efectos atmosféricos. Esto está destinado a ser un modelo para el aspecto de referencia del cielo durante el día. Sin embargo, si desea comentar cómo puede cambiar el cielo durante cosas como la puesta del sol o con efectos como el vulcanismo, ¡me apunto!

Además, estoy más interesado en el color relativo que en obtener un color absoluto 100% correcto. La imagen se creó en un programa vectorial en modo RGB, por lo que, suponiendo que su pantalla esté calibrada de forma estándar, probablemente estemos viendo casi lo mismo.

Aquí están las ideas clave que he brillado de mi lectura que estoy usando para construir esto. Considero que la mayoría de ellos se mantienen provisionalmente y estoy muy abierto a recibir aportes:

  • Las atmósferas similares a la Tierra tenderían a ser de un azul claro a oscuro en el cenit, debido a la dispersión de la luz azul de baja longitud de onda. Si el sol del planeta estuviera muy caliente, el cielo se vería de un azul más intenso, mientras que las estrellas más frías le darían al cielo un azul más claro o un aspecto casi blanco. Cuando el sol llega a los 3000k o menos, el cielo comienza a tomar un tinte anaranjado/marrón.
  • Como en la tierra, el horizonte es el color más claro y el cenit el más profundo.
  • Las atmósferas más densas parecerían más brillantes (más desteñidas) y el color primario en el espectro más "puro" (no estoy seguro de qué significa exactamente el término "puro" en lo que respecta a la percepción óptica... ¿se vería más blanco?). Del mismo modo, las atmósferas más delgadas serían menos brillantes que las de la Tierra y los colores más "puros".
  • Con el aumento de la presión, el color del cielo en el cenit se vuelve cada vez más amarillo. En mi imagen, esto significa que un cielo similar al de la Tierra con una presión terrestre de 10x se vería azulado/verde cerca del cenit.
  • A temperaturas más bajas, supongo que el sol aparecería teñido por el color que figura en "temperatura de la estrella". De lo contrario, probablemente solo verás el color de la estrella cuando esté cerca del horizonte.
  • Supongo que cuando llegues a los soles de clase K y M, los alrededores del planeta adquirirán un tinte progresivamente más rojo debido a la prevalencia decreciente de la luz de longitud de onda azul.
  • Sospecho que el gradiente de color desde el horizonte hasta el cenit será más pronunciado/suave en algunas atmósferas. Supuse que el gradiente sería más evidente en un mundo de alta G (a la derecha).

Referencias: Referencia #1 Referencia #2

Gráfico original:

Es una tarea difícil ya que aquí en la Tierra veo todo tipo de azul en su carta. Pero internamente, su gráfico y el razonamiento que conduce a él parecen estar bien. Buen trabajo. Una vez publiqué una Q sin ningún éxito. ¿Quizás puedo dirigirme a eso? Como artista y apasionado de la ciencia, podrías ayudarme. ...
Creo que tu dispersión es al revés. El cielo azul y el sol amarillo se deben a la dispersión. Una atmósfera más espesa de oxígeno/nitrógeno debería ser más azul que una más delgada, no menos azul. Una atmósfera más espesa también podría tener más nubes, pero eso también depende de la temperatura y supongo que las nubes no son parte de su ecuación. Buen esfuerzo, por cierto.
¡Esta es una pregunta realmente interesante! Puede ser interesante "calibrar" utilizando un cielo conocido además del de la Tierra. Con ese fin, acabo de hacer la pregunta ¿ Por qué el cielo de Marte parecería azul al amanecer y al anochecer, pero rojo durante la mitad del día (al revés de la Tierra)?
@userLTK esta es una atmósfera más densa (10 bar), no necesariamente más espesa. La distancia media sustancialmente más corta entre las moléculas puede tener un impacto en la inclinación de la dispersión de Rayleigh (aunque no estoy seguro de cómo) o pueden entrar en juego otros tipos de dispersión. La referencia citada en el enlace del OP es Óptica atmosférica , CF Bohren
@Alchimista ¿Cuál es la pregunta?
@userLTK He investigado esto más y estoy bastante seguro de que a medida que aumenta la presión atmosférica, el cielo se vuelve más amarillo. Entonces, a algo así como 5-10 bar, el cielo podría aparecer verde azulado, y cuando llegas a 40 bar, el cielo aparecería de un amarillo apagado. Esto sucede porque a medida que aumenta la presión, hay más atmósfera entre usted y el sol. Esto significa que la atmósfera tiene más moléculas y otras partículas para dispersar las longitudes de onda cortas de la luz, tanto que el azul comienza a dispersarse más allá de la percepción, y las longitudes de onda que te alcanzan van desde azul > verde azulado > amarillo > blanco (en el cenit).
@userLTK Sí. Estoy de acuerdo con tu elección de la palabra "más densa". Aparentemente, hay dos tipos de dispersión en juego en la atmósfera: la dispersión de Rayleigh y la de Mei. He encontrado dos grandes fuentes que parecen estar de acuerdo en que a medida que aumenta la densidad de la atmósfera, aumenta el brillo, pero disminuye la pureza del color de la longitud de onda primaria. Por lo tanto, desde un entorno de barra baja a un entorno de barra muy alta, el color cenital normal del mediodía sería: azul profundo > azul pálido (tierra al nivel del mar), > azul > verde azulado > amarillo > amarillo/blanco > blanco.
Mis últimas referencias: Referencias: xenology.info/Xeno/5.4.2.htm , homepages.wmich.edu/~korista/…
Podría tener razón (y para su información, no se recomienda la discusión aquí a menos que se mueva al chat), pero no soy un experto. Supuse que más atmósfera = más dispersión de luz azul = cielo más oscuro y azul con igual sol, pero tal vez demasiada dispersión disminuiría el azul. No es mi experiencia. (Esta es una especie de pregunta de física / óptica, ¿quizás el tablero de física?)
Probablemente lo hayan eliminado por falta de interés. En resumen, afirmo que en un día claro, la luz de la mañana y la luz de la tarde se ven muy diferentes. para mi es asi. Omita la puesta de sol para evitar complicaciones. Justo antes del mediodía la luz es más blanca y crujiente. Después del mediodía es más amarillo. Pero debería ser simétrico bajo todos los parámetros geométricos excepto la adaptación de los ojos a la luz o el hecho de que am es después de la noche mientras que pm es después de am ;) ¿Alguna idea de por qué o soy el único que ve eso?
He añadido un gráfico actualizado y mejorado.
Esta pregunta se publicó de forma cruzada y obtuvo una respuesta aquí: worldbuilding.stackexchange.com/questions/100411/…
Como dijo que está interesado en otras atmósferas o regímenes de difusión, acabo de responder a space.stackexchange.com/questions/24108/…
@n_bandit parece correcto. Una presión más alta podría depender de una atmósfera geométricamente más gruesa o de una g más alta. En todos los casos, es incorrecto decir que el azul está disperso detrás de la percepción, onda más corta. la importancia relativa aumenta. El tinte de la cúpula debe volverse progresivamente amarillo verdoso. El límite en una atmósfera muy espesa (en ambos sentidos) es cuando toda la luz de las estrellas es difusa, por lo que la cúpula del cielo volverá a ser más blanca.
Esto puede ayudarte a ti o puedes ayudarlo a él. física.stackexchange.com/q/267805/162193
En primer lugar gran trabajo, se ve muy estético. Sin embargo, estoy un poco confundido sobre lo que estás buscando. Supongo que está buscando precisión, pero ¿cómo puede medir cómo se ve realmente? Realmente no tenemos planetas que cumplan todas esas condiciones... ¿Cómo calculamos el color?

Respuestas (3)

ingrese la descripción de la imagen aquíCreo que la estrella, su halo y la nube no pueden ser más oscuros que el color del cielo, incluso el tipo M temprano todavía se ve cegadoramente rojo anaranjado brillante en el cielo, no un rojo anaranjado tenue. El color del cielo, si es más pesado, creo que se verá más "desaturado" (también más brillante pero no brillante hasta el punto de que es más brillante que la estrella ) y el cambio de color hacia el lado rojo (tienes razón) ese cielo denso se verá afectado por el el color de la luz de las estrellas es muy intenso hasta el punto de que casi tiene el mismo color que el ejemplo de la luz de las estrellas: el cielo de 10 barras en un planeta alrededor del sol K5V se vería gris anaranjado claro y la nube se vería de color naranja brillante, el mismo color para el halo de la estrella. ejemplo2:El cielo de 10 barras en un planeta alrededor del sol A5V se vería verde azulado/cian pálido brillante con una nube blanca amarillenta del mismo color que el halo de la estrella. ejemplo 3: el cielo de 5 barras en un planeta alrededor del sol A5V se vería azul claro con una nube blanca pura, el mismo color para la estrella y su halo.

(Algunas de) estas gráficas son incorrectas. Mientras que la dispersión de Rayleigh tiene una gran dependencia de la longitud de onda ( ∝ λ − 4 ) , no puede esparcir lo que no está allí. Casi no hay luz azul proveniente de las estrellas con T mi F F < 3500 k

Aquí se da una descripción detallada del problema con sus cálculos (?) con respecto a una gigante roja que ilumina la atmósfera de la Tierra; pero el razonamiento es precisamente el mismo para un espectro de enanas M. Una estrella (en realidad, una enana marrón) a 2000 K emite una cantidad insignificante de luz visible y la que hay estaría en la parte roja lejana del espectro.

Sus gráficos son incorrectos en los segmentos de alta presión así como en los de baja temperatura estelar. A alta presión, el factor importante se convierte en la extinción de la luz, lo que hace que el cielo se vuelva amarillento a menos que haya una densidad de potencia espectral realmente grande en la región azul. A temperaturas estelares bajas, hay una cantidad tan baja de luz azul que la dependencia de la sección transversal de dispersión de la longitud de onda no es suficiente para compensar: el factor exponencial en la ley de Planck no puede ser superado por el λ − 4 factor de dispersión de Rayleigh.

Además, a baja presión la extinción es mucho menos pronunciada que a presión normal, de modo que incluso cuando el Sol está bajo, la atmósfera no se vuelve amarilla. Esto es especialmente fácil de ver cuando la temperatura de la estrella es alta: su azulado compensa el pequeño amarilleo que podría ocurrir, por lo que lo vemos como un blanqueamiento o un azulado más claro.

Aún así, no creo que uno pueda adivinarlo fácilmente, por lo que en realidad ha hecho un buen trabajo. En aras de la exhaustividad, a continuación incluyo mis resultados de simulación numérica de tres atmósferas (solo aire, sin aerosoles, sin ozono) iluminadas por estrellas de cuerpo negro con el mismo conjunto de temperaturas que se usa en su tabla. Simulaciones realizadas por mi software (todavía WIP), CalcMySky .

Elevación del sol 85°.

Temperatura de la estrella, K Presión 0,25 bares Presión 1 bar Presión 10 bares
8500
7400
6700
6040
5570
5100
4350
3670
2840
2000

Elevación del sol 5°.

Temperatura de la estrella, K Presión 0,25 bares Presión 1 bar Presión 10 bares
8500
7400
6700
6040
5570
5100
4350
3670
2840
2000
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