¿Qué tan frío es el cielo marciano por la noche? ¿O el día para el caso?

Ha hecho una pregunta que es muy difícil de responder con precisión sin mediciones in situ , que aparentemente no tenemos. La respuesta corta: ¡No sabemos más cerca de ~100K!

Había un experimento planeado para el Mars Surveyor Lander , " MTERC " (Mars Thermal Environment and Radiator Characterization), que habría hecho esas mediciones. Pero ese módulo de aterrizaje era una copia del Mars Polar Lander que falló en diciembre de 1999, una falla atribuida a fallas de diseño, por lo que la misión Surveyor Lander fue cancelada.

Parece que esas mediciones aún no se han hecho. Llamé a David Brinza de JPL, el segundo autor del artículo de MTERC (el primer autor, Ken Johnson, ya no está en JPL), y me dijo que no ha habido ningún intento de recuperar esa investigación, a pesar de que el hardware está listo para volar. en bolas de naftalina en JSC. Ningún otro módulo de aterrizaje de Marte, de la NASA o no, ha intentado realizar esas mediciones.

Calcular la temperatura efectiva del cielo a partir de "primeros principios" es una tarea muy difícil y requiere un conocimiento detallado de la atmósfera marciana. Es esencialmente un problema de transferencia radiativa a través de una atmósfera real, no un modelo simplificado. Mientras estuve en la División de Ciencias del JPL, una de mis tareas fue el modelado de transferencia radiativa de las atmósferas planetarias, tratando de interpretar los datos de las observaciones radioastronómicas. Para hacer un cálculo razonable de transferencia radiativa para una atmósfera, necesita:

• perfiles verticales de temperatura y presión de la superficie al espacio
• perfiles verticales de absortividad atmosférica, en todas las longitudes de onda para las que haya una energía significativa involucrada, y desde la superficie hasta el espacio
• perfiles verticales de la carga de polvo atmosférico y las características de dispersión de ese polvo

La segunda viñeta anterior no es fácil. No solo una atmósfera "no es realmente un radiador de cuerpo negro efectivo" como mencionas en la pregunta, ¡una atmósfera no es un radiador de cuerpo negro realmente efectivo! Como ejemplo, eche un vistazo a la transmisividad de la atmósfera terrestre desde la radio hasta los rayos ultravioleta.. Hay líneas de absorción (que también son líneas de emisión) por todos lados, debido al O2, CO2, O3, CH4... toda una lista de cosas que complican el espectro. Marte será algo similar. Las líneas serán más estrechas debido a la menor presión en la superficie, pero el CO2 será prominente en algunas de las longitudes de onda en las que el sol está tratando de calentar las cosas por radiación y Marte está tratando de deshacerse del calor por radiación. Otras moléculas como el agua y el CO modificarán el espectro, pero no estamos seguros de cuánto porque sus proporciones de mezcla varían mucho.

La tercera viñeta anterior tampoco es fácil. Las características de dispersión son una fuerte función del tamaño y la forma de las partículas. El polvo marciano es una mezcla de tamaños y formas de partículas, por lo que es realmente difícil modelar con precisión sus características de dispersión.

Además de eso, las tres características con viñetas varían con el tiempo, por lo que no puede calcular la temperatura efectiva del cielo para un modelo de atmósfera y resolver el problema. En 1970, Joseph Wachter hizo algunos cálculos de transferencia radiativa para varios modelos de la atmósfera marciana (desafortunadamente detrás de un muro de pago, ¡vamos, pandilla, el documento tiene 48 años! ¡ Suéltenlo !) Y obtuvo temperaturas del cielo efectivas desde ~ 80K a ~170K, como se refleja en el artículo de MTERC. No tengo descripciones de los modelos que usó Wachter, así que no sé si los 80K y 170K son los límites inferior y superior, o si son simplemente "representativos" de lo que esperaría ver.

El resultado neto es que no tendremos ningún conocimiento fiable sobre esto hasta que alguien haga las mediciones en Marte.