¿Cuánta luz solar llega a la superficie de Titán? ¿Qué verían los astronautas?

¡Investigador novato de Titán aquí! Me preguntaba sobre esta misma pregunta, pero hay algunos documentos que desde entonces han respondido a sus preguntas. Voy a resumir sus hallazgos a continuación:

TLDR: Para un astronauta, la puesta de sol sería bastante decepcionante, como estar en una tormenta de arena o una niebla espesa. El cielo no tendrá ningún cambio real en su color naranja. El Sol desaparece mucho antes de llegar al horizonte. Necesitarás gafas de infrarrojos para ver mejores puestas de sol.

Respuesta larga

En general, en realidad observamos que los períodos del crepúsculo (amanecer/atardecer) son más brillantes que el día en Titán desde el infrarrojo hasta las longitudes de onda ultravioleta debido a la intensa dispersión frontal de Mie de la neblina. Este hallazgo se encontró con imágenes de Cassini en varias longitudes de onda ( Garcia Muñoz et al. 2017 ) y se confirmó con modelos de transferencia radiativa ( Barnes et al. 2018 ).

Los modelos de Barnes et al. 2018 proporciona información útil sobre un día soleado estándar en Titán. Esta figura muestra la puesta del Sol desde la tarde y hasta después del anochecer en luz visible, casi infrarroja, de 5 micras. La imagen muestra una versión "desplegada" del cielo visto desde la superficie de Titán. La columna más a la izquierda muestra el Sol y avanza hacia el punto antisolar del lado derecho. La parte superior e inferior de la imagen son el cenit y el horizonte respectivamente. El ZD representa el ángulo entre el Sol y el cenit. El primer diagrama a continuación explica el formato de las imágenes del cielo "desplegadas" en la segunda figura:

Podemos señalar algunos detalles clave sobre las puestas de sol:

1. La puesta de sol de 5 micrones es muy similar a la de la Tierra debido a las profundidades ópticas atmosféricas similares de Titán a 5 micrones y la Tierra en longitudes de onda visibles.
2. En el infrarrojo cercano, las puestas de sol se asemejan a una puesta de sol marciana ( PIA07997 ) o polvorienta del desierto terrestre. Hay una aureola solar distinta que cambia de color de blanco a "rojo" durante la tarde. El Sol se desvanecería justo antes de ponerse (<10° sobre el horizonte). ¡El nuevo detalle interesante es la aureola en forma de abanico que se desarrolla sobre el Sol!
3. El día y la puesta de sol en luz visible pueden ser bastante decepcionantes para los astronautas. El cielo estaría débil y uniformemente iluminado durante el día, similar a mirar a través del espeso humo del fuego en la Tierra (¡no hay problema con mirarlo fijamente!). El cielo tendría un bonito tono naranja que se desvanecería lentamente a medida que el Sol se acerca al horizonte. El cielo diurno es probablemente 100-1000x más tenue que una tarde en la Tierra.

Otro detalle loco es que la zona crepuscular puede extenderse 30° más allá de la línea de terminación. ¡Esto significa que la visibilidad de la superficie en longitudes de onda infrarrojas y visibles será más brillante que la Luna llena hasta 1,25 días antes del amanecer o después del atardecer! Esto es aproximadamente 20 veces más largo que el período crepuscular habitual en la Tierra.

Un resultado final del artículo fue la intrigante falta de iluminación cercana al horizonte en todas las longitudes de onda y horas del día. En la Tierra, ocurre lo contrario debido a la dispersión de Rayleigh y su menor profundidad óptica. Sin embargo, este efecto puede estar ocurriendo ya que el documento no consideró explícitamente la dispersión de Rayleigh de las gotas de metano-etano líquido.

La sonda Huygens que aterrizó en Titán en 2005 tenía un reflector especial colocado en sus cámaras porque supuestamente está demasiado oscuro para tomar fotografías con detalles durante el día de los Titanes sin él.

Las imágenes del DISR Side-Looking Imager y del Medium Resolution Imager, adquiridas después del aterrizaje de Huygens en Titán, se fusionaron para producir esta imagen.

Poca luz solar llega a la superficie, debido a su espesa neblina, y a la gran distancia del sol. Me imagino que sería como una tarde extremadamente nublada aquí en la tierra, todos los días.

Arriba hay una imagen de las cámaras que Huygens usó para tomar las fotos. Fueron ayudados por el foco en el medio (el disco dorado más grande)

Debería ser como unos 5-10 minutos después de la puesta del sol en la Tierra. En ese momento, la irradiancia horizontal global (con cielos despejados) se mide normalmente (p. ej., con la red SurfRAD de la NOAA) en aproximadamente 1 W/m**2, aproximadamente 0,001 veces el valor del mediodía. De manera similar, alrededor del 10% de la luz que incide en Titán llega a la superficie a través de la dispersión, según una profundidad óptica de luz verde de 8 y suposiciones razonables de fracción de retrodispersión y albedo de dispersión simple. Esto se combina con un valor de referencia del 1 % de radiación solar en la parte superior de la atmósfera de Titán en comparación con la de la Tierra (debido a que se encuentra a 10 UA del Sol).