¿Por qué el cielo después de la puesta del sol imita el espectro del cuerpo negro?

Hay varias respuestas en este sitio y en otros lugares sobre por qué el cielo es azul y por qué las puestas de sol son rojizas. Pero no pude encontrar nada que discuta la relación entre el espectro del cuerpo negro y el espectro de colores que se ve sobre el horizonte después de la puesta del sol.

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En particular, el "espectro físico" (es decir, el conjunto de colores que se ven en el cielo a una altitud cada vez mayor sobre el horizonte) después de la puesta del sol se ve idéntico al espectro del cuerpo negro. Quizás esto esté relacionado con el hecho de que, para empezar, la luz solar es aproximadamente un cuerpo negro, pero no puedo encontrar ninguna fuente que discuta esto. Por ejemplo, considere las siguientes preguntas:

  1. Si la luz del sol tuviera un espectro "par" en el rango visible, en lugar de un cuerpo negro, ¿las puestas de sol se verían considerablemente diferentes? ¿Dejarían de parecerse al espectro del cuerpo negro?

  2. ¿Es el espectro de color en cada ubicación fija en el cielo en realidad un espectro de cuerpo negro (cuya temperatura de color varía con la altitud), o solo aproximadamente un espectro de cuerpo negro? (Suponga incluso que el sol es un cuerpo negro perfecto).

  3. Dado que la luz del sol es un cuerpo negro, ¿es inevitable que cualquier tipo de dispersión cree una gradación de colores similar a la de un cuerpo negro en el cielo, es decir, no necesariamente la dispersión de Rayleigh?

En resumen, ¿por qué el espectro físico de colores que se ve en el cielo después de la puesta del sol imita el espectro del cuerpo negro?

El "espectro de cuerpo negro" que mostró primero es solo una representación del color percibido frente a la temperatura del cuerpo negro. No es un espectro real. Todo esto es solo una coincidencia... (por ejemplo, el color del sol en la primera imagen está entre 5500 y 6000... realmente cerca de nuestra percepción del blanco)
Estoy de acuerdo con la primera afirmación, tal vez debería haber evitado el término "espectro de cuerpo negro" para referirme a un conjunto de colores. Pero la declaración de que esto es una coincidencia no parece seguir (y me resulta difícil de creer).
¿por qué no? El cielo es azul debido a la dispersión y también lo es la puesta de sol roja. Una puesta de sol en Marte se ve azulada debido a los diferentes contenidos atmosféricos. La primera imagen trata de exprimir todo un espectro en un solo color, cada capa individual del color del cielo es ese color.
¿Pero por qué? Podría imaginarme la dispersión de Rayleigh cambiando el color general de cada parte del cielo de tal manera que el resultado no se parece en nada a los colores del cuerpo negro. Pero este no es el caso.
O permítanme agregar una versión diferente de sus preguntas: la salida del sol se encuentra en los 5500 a 6000K de la primera imagen. 1. Un espectro uniforme en el VIS se vería verde, la puesta del sol probablemente aún se vería roja. 2. No. 3. no.
Exactamente, la dispersión podría haber funcionado de manera diferente. Es una coincidencia y no tiene nada que ver con la radiación del cuerpo negro en el cielo. Creo que debe comprender que la primera imagen es un gráfico 2D comprimido, no un X con un color asociado.
Si el cielo estuviera hecho de aceite de oliva, la puesta de sol se vería súper extraña y no se parecería en nada a ninguna gradación asociada a un espectro de cuerpo negro, por ejemplo. La dispersión sería completamente diferente (me pregunto cómo se vería realmente cuando el aceite de oliva emite una fluorescencia naranja cuando se excita con luz violeta/UV).
otro ejemplo, en 12000, la representación del color es azul, porque esa es la emisión máxima. El cielo no es de ese color porque está a 12000K, o porque la dispersión lo hace imitar una radiación de cuerpo negro de un cuerpo de 12000K. Por el contrario, el cielo tiene un "espectro de emisión" más definido que se asemeja al color publicado para 12000K. Su monitor también muestra esos colores, y en ambos casos no es porque sean radiadores de cuerpo negro.
No estoy sugiriendo que el cielo parezca tener el color de un cuerpo negro a temperatura T porque en realidad está a esa temperatura. Simplemente parece que hay alguna razón por la que el cielo parece tener todos estos colores, y no cualquiera de los colores fuera de este conjunto. "La mayoría de los colores" no son el color aparente de ningún cuerpo negro, como suelen indicar los diagramas de cromaticidad.
Creo que es una coincidencia ... la distribución de la radiación del cuerpo negro no sigue la "fuerza" de dispersión. Como dije, si viviéramos bajo el aceite de oliva, la dispersión sería increíblemente diferente y no produciría los mismos tonos de colores. O bajo el agua. Por supuesto en esos casos estamos en un medio que absorbe también fuertemente. Alternativamente, puede trazar/comprobar la escala de las variables para la radiación de cuerpo negro frente a la dispersión de Rayleigh. O compare el espectro del cielo azul con un radiador de cuerpo negro con, por ejemplo, 8000k.
(No me malinterpreten por completo, ahora entiendo a dónde quieren llegar, pero sigo pensando que es solo una coincidencia. El cielo dispersa los colores actuales, por lo que en su mayoría se vería azul, si el azul está allí (en el pico del día) ). Y se ve rojizo al atardecer (si está presente) porque el azul se ha ido. Ahora estoy tratando de imaginar qué haría una atmósfera mucho más densa... o una constitución diferente)

Respuestas (1)

Rojo/naranja, blanco y azul son los colores que se ven cuando la intensidad de la luz en función de la frecuencia (o longitud de onda) es muy aproximadamente lineal en el rango visible. Para obtener otros tonos, necesita picos o valles estrechos en el espectro, y la dispersión de Rayleigh y los cuerpos negros no producen tales espectros por diferentes razones.

Los espectros de la dispersión de Rayleigh son monotónicos en la frecuencia. Los espectros de cuerpo negro de diferentes temperaturas son todos copias traducidas de una sola forma en un gráfico de registro, como se ve aquí:

A alrededor de 6000 K, la parte visible es más o menos plana (blanca), a temperaturas más bajas es más brillante en el extremo rojo y a temperaturas más altas es más brillante en el extremo violeta (pero no muy marcada allí, por lo que parece azul, no violeta).

Por lo tanto, es una coincidencia en el sentido de que la dispersión de Rayleigh y la emisión del cuerpo negro son procesos totalmente diferentes, pero no es una coincidencia en el sentido de que puede esperar obtener colores similares de cualquier proceso físico que no produzca picos o valles estrechos en el espectro.

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