¿Podría el cielo de un planeta teóricamente ser de cualquier color?

Esta es una pregunta extremadamente difícil de responder definitivamente; su respuesta depende en gran medida de tres cosas (1) la composición de la atmósfera en cuestión (2) la densidad de la atmósfera en cuestión y (3) la temperatura de la superficie y, por lo tanto, el espectro de luz de salida de la estrella en cuestión.

Si los gases de la atmósfera son ellos mismos son de color ( por ejemplo, $N\,O_2$), entonces tales gases claramente pueden cambiar mucho el color de una atmósfera. En atmósferas de baja densidad, como la de Marte, domina el polvo y la materia arrastrados desde la superficie, lo que le da al cielo un color de "caramelo". Claramente, necesitamos saber qué está flotando, por lo que no podemos decir mucho más sobre el punto (1), por lo que ahora asumiré en esta respuesta que los gases en la atmósfera no tienen color.

En este caso, el efecto dominante que configura el color es Rayleigh Scattering . Esta es la difracción de la luz de las heterogeneidades más pequeñas que la longitud de onda en la atmósfera. Cuando "ve" la atmósfera, está viendo la luz dispersa, no la luz directa del sol en cuestión, y la dispersión de Rayleigh ocurre con mayor fuerza en longitudes de onda más cortas. Es un efecto poderoso: en el límite de la falta de homogeneidad pequeña, varía como la cuarta potencia inversa de la longitud de onda. Entonces, el proceso siempre favorece las longitudes de onda más cortas.

Esto quiere decir que para un sol de espectro similar al nuestro, y en una densidad atmosférica como la nuestra, el cielo será azul, como el nuestro, o como el de Júpiter (en las capas superiores). Sin embargo, para atmósferas de muy alta densidad, la luz directa que llega a la superficie tiene sus longitudes de onda más cortas muy atenuadas por la dispersión de Rayleigh, de modo que solo las longitudes de onda más largas alcanzan la superficie. Es por esta razón que las imágenes tomadas por los módulos de aterrizaje Venera de Rusia en Venus sugieren que el cielo tiene un brillo naranja .

Si el planeta está orbitando alrededor de una gigante roja, supongo que esto probablemente significaría un cielo verdoso o amarillo para un planeta con una densidad atmosférica como la nuestra, ya que el espectro de la luz de la estrella contiene solo longitudes de onda más largas que las de nuestro Sol. Sin embargo, la dependencia inversa de la cuarta potencia significa que ahora el resplandor de los gases atmosféricos es mucho más débil, por lo que es más probable que el color del cielo esté dominado por cosas como el polvo, como en el caso de Marte.

El color más común para el cielo en la Tierra es un cielo blanco (o más bien gris). Las nubes cubren alrededor del 70% de la Tierra, y la naturaleza por la que están dispersando la radiación de onda corta hace que parezcan blancas o grises. Esto se debe a que es probable que los fotones provenientes del Sol se dispersen varias veces y a que la dependencia de la longitud de onda no aumenta ni disminuye considerablemente.

Cielo blanco sobre Llyn Padarn. Fuente: Wikimedia Commons

Los cielos azules son particularmente frecuentes en la Tierra:

Cielo azul. Fuente: Wikimedia Commons

Alrededor de la puesta del sol, a menudo tenemos cielos rojos:

cielo del atardecer. Fuente: deviantart .

Eso deja un número de otros colores. Mencionas verde, negro, marrón. Los cielos negros ocurren durante la noche o cuando hay partículas densas y pesadas en la atmósfera, como el humo. Una forma de obtener un cielo verde es mediante Aurora. Se podría especular con un planeta en el que sean semipermanentes.

Aurora. Fuente: Wikimedia Commons

Aurora, por cierto, también puede ser roja o amarilla. Sin embargo, los colores de las auroras están limitados por las líneas de emisión de los gases atmosféricos superiores, que suelen ser moléculas relativamente simples. Y quizás mezclando esos colores. Pero no pueden ser de /cualquier/ color.

¿Pero combinar esos efectos? Si uno puede diseñar una atmósfera desde cero, con una forma plausible de que esta atmósfera exista en algún lugar del universo, con nubes de una densidad particular, auroras bailando en el cielo, aerosoles perpetuamente presentes... puede crear muchos colores diferentes. . El cielo es el limite ;-)

Hmm... Marte tiene un cielo rojo. Pero esa es la causa de que el contenido de hierro en el suelo absorba otras partes del espectro visible y refleje la parte roja, por lo que el cielo se ve rojizo.

No creo que un cielo negruzco fuera demasiado exagerado porque el carbono tiende a ser negro, el humo es gris negruzco. El color percibido depende de diferentes elementos que absorben diferentes porciones del espectro electromagnético y reflejan el resto del espectro. Entonces, el color de cualquier cosa depende de lo que se refleje.

Entonces, para responder a su pregunta, el color del cielo de cualquier planeta depende de la composición química de su atmósfera, la luz incidente y otros factores similares.