Cómo calcular la magnitud aparente/brillo de los planetas dentro del mismo sistema solar

Me gustaría poder determinar la apariencia del cielo nocturno de un planeta similar a la Tierra, en un sistema solar con muchos otros planetas, lunas y otros cuerpos. Aquí en la Tierra, podemos medir directamente la magnitud aparente de un cuerpo simplemente a través de la observación, pero eso es obviamente imposible para los planetas ficticios.

Entiendo que la luminosidad de la estrella principal, el albedo y el radio del objeto observado, y el rango de distancias entre el observador y el objeto (que variará debido a las órbitas) son los factores principales para determinar la magnitud aparente: es las relaciones matemáticas precisas entre estos factores que se me escapan.

Con fines ilustrativos, aquí hay un extracto de la configuración de mi sistema solar, con el eje semi-mayor de cada planeta en UA, el albedo de enlace y el radio en los radios de la Tierra enumerados. Estoy incluyendo un planeta más cerca de la estrella que nuestro observador, un planeta más alejado del sistema pero relativamente cerca y un planeta bastante distante.

Luminosidad del Sol: 2.248 (relativa a 1 del Sol)

  • Planeta B: semieje mayor: 0,47 AU, enlace Albedo: 0,93, radio 4,29: radios de la Tierra
  • Planeta E (ubicación del observador): SMA: 2.178
  • Planeta F: SMA: 3.87, BA: 0.21, R: 0.89

Si ayuda / importa: el Planeta B es un gigante de hielo en el sistema, también conocido como "Neptuno caliente", el Planeta E es un planeta similar a la Tierra un poco más grande con una atmósfera comparable, y el Planeta F es un terrestre de silicato de magnesio.

Me gustaría poder averiguar cuál es la magnitud aparente de los planetas B y F cuando se observan desde el planeta E, y cómo se llegó a ese resultado para poder replicar el proceso para los otros planetas y cuerpos dentro del sistema. También absorberé felizmente todas y cada una de las tangentes de la magnitud aparente planetaria en general. ¡Gracias de antemano!

¿Podemos suponer que la atmósfera es transparente en el Planeta E y que no hay novas superbrillantes cerca?
@ BLT-Bub Sí, el cielo nocturno aparecerá como en la Tierra. Supongamos que el cielo está despejado y hay luna nueva. Puedo determinar las fuentes de contaminación lumínica más tarde.
¿Qué tan reflectantes son las atmósferas o superficies de estos planetas?
@MichaelH. Ambos se tienen en cuenta con el Bond Albedo dado por el planeta. A modo de comparación, Venus tiene un Bond Albedo de 0,76.
Tal vez etiquete esto con ciencia dura para que la gente no dé conjeturas.
@AE Stephenson, el proceso de resolución de los planetas F e I es muy similar. ¿Aún necesitas ambos procesos?
@galactic_analyzer, no especialmente, si el proceso es casi idéntico. No estaba seguro de si las distancias involucradas cambiaron algo, pero si no lo hacen, ¡entonces todo está bien! Principalmente solo necesito el proceso paso a paso para poder aplicarlo a los otros planetas.
Realmente solo necesitas un planeta inferior (más cerca de la estrella que el planeta E) y un planeta superior (más lejos de la estrella que el planeta E).
@galactic_analyzer Edición aplicada
Solo me preguntaba, ¿estás haciendo esta pregunta para una obra de ficción?
Si es así, es posible que también desee calcular los ciclos de visibilidad de los planetas hipotéticos.
@galactic_analyzer No está destinado a un trabajo específico, pero sí es parte de un proyecto ficticio más grande. ¿Tal cálculo estaría relacionado con cómo se calcula la magnitud aparente? Si no, probablemente debería hacer eso como una pregunta separada y distinta.
@AEStephenson, no está relacionado.
@AEStephenson, estuve trabajando en una respuesta durante semanas, pero el proceso es bastante complicado. Requiere muchos pasos de trigonometría y álgebra. Conozco el proceso en mi cabeza, pero tengo que entrar en papel cuando tengo tiempo libre.
@galactic_analyzer No se preocupe, estoy feliz por cualquier ayuda, siempre que esté disponible. En realidad, saber que la respuesta es tan complicada me hace sentir mejor, significa que no soy un completo tonto por no poder descifrarlo yo mismo.
@AEStephenson, perdí parte de mi progreso al escribir esta respuesta porque los servidores de Stack Exchange fallaron y mi última copia de seguridad no contenía todo. :(
@galactic_analyzer ¡Oh, no!
@AE Stephenson, estoy trabajando en una respuesta más paso a paso que la actual.

Respuestas (1)

Vi esta respuesta en: https://www.quora.com/How-do-you-calculate-the-apparent-magnitude-brightness-of-planets-from-within-the-same-solar-system

Así que he copiado/pegado la respuesta a continuación. Esta no es mi respuesta, la estoy copiando/pegando porque parece una respuesta apropiada. Todo el crédito va a Milan Minic.

Los cálculos de las magnitudes aparentes m comienzan con los cálculos de las magnitudes absolutas H de los objetos celestes y de sus integrales de fase q.

La magnitud absoluta H nos da la magnitud aparente del objeto cuando se observa desde el Sol y se coloca a una distancia estándar del Sol, es decir, 1 unidad astronómica para nuestro sistema solar. Para un objeto esférico de diámetro D (en kilómetros) y albedo p, H se calcula como

H = 5 registro 10 1329 D pag

La integral de fase q(α) nos dice cómo varía el brillo de un objeto cuando se observa desde varios ángulos, α es el ángulo entre el Sol y el observador, visto desde el objeto. Así, 0° significa que el objeto está en oposición con el Sol (es decir, el observador está exactamente entre el Sol y el objeto, como en el caso de la Luna llena), y 180° significa que el objeto está en conjunción con el Sol. Sol (es decir, el objeto está exactamente entre el Sol y el observador, como en el caso de la Luna nueva). Si el objeto es una esfera reflectante difusa, la integral de fase q puede expresarse analíticamente, pero para los objetos celestes reales los astrónomos han desarrollado fórmulas empíricas para cada uno de ellos, para dar cuenta de las peculiaridades de la reflexión de la luz de ellos. Por ejemplo, la Luna muestra un aumento de brillo irregular para α = 0° (el llamado aumento de oposición) debido a las propiedades de reflexión frontal del regolito lunar. O, en el caso de Venus,

podemos ver diferencias significativas con respecto a la esfera reflectora difusa (similar a la curva de Mercurio, línea azul) debido a la luz que pasa a través de su atmósfera y al peculiar aumento de la transmisión de luz a α = 168° debido a las gotitas de ácido sulfúrico.

Ahora, cuando conocemos H, α y q(α), podemos calcular la magnitud aparente m como

m= H + 5 registro 10 d B S d B O d O S 2 2.5 registro 10 q ( α )

dónde d B S , d B O , d O S y α están conectados por el teorema del coseno:

d O S 2 = d B S 2 + d B O 2 2 d B S d B O porque ( α )