¿Cómo calcular la radiación solar máxima local en Marte de un día a otro a lo largo de un año marciano completo?

Me gustaría saber en qué parte de Marte estarán las temperaturas diarias menos bajas dependiendo de la época del año.
A primera vista uno podría pensar, como yo lo hice, que tiene que estar a lo largo de su ecuador, pero debido a que la intensidad de la radiación solar varía de 492 W/m² en el afelio a 715 W/m² en el perihelio y el afelio ocurre en el verano del norte, las latitudes del norte en alrededor de 20⁰ probablemente tendrán las temperaturas diarias menos bajas.

Pero para conocer las temperaturas locales que varían con la latitud y la época del año, lo primero que se necesita es la radiación solar global entrante diaria.
Por supuesto, hay otros factores que también determinan la temperatura de la superficie, como el albedo local y la atmósfera, pero este cálculo será el primer paso y el más importante.

Pregunta: ¿
Cuál será el cálculo de la radiación solar máxima local de un día a otro, a lo largo del año marciano?

Respuestas (2)

La radiación solar se puede calcular conociendo la distancia al Sol, la latitud subsolar y la latitud del lugar de interés. Conociendo esos tres valores, el cálculo sería el siguiente:

I s o yo a r ≈= 717   W/m 2 ( 1.38138027 Australia r ) 2 porque ⁡ ( yo a t − yo a t s s )

dónde yo a t s s es la latitud subsolar.

El término ( 1.38138027 Australia / r ) 2 corrige la distancia, y el término coseno corrige el ángulo cenital del sol; es decir, qué tan cerca pasa el Sol del cenit desde el lugar de observación.

Los valores se pueden obtener del sitio web JPL Horizons utilizando cantidades de salida de 15 (latitud subsolar) y 19 (distancia del Sol).

Perdón por la confusión y la eliminación de comentarios anteriores. Creo que su respuesta no es incorrecta, pero pido una ecuación dependiente del tiempo (intensidad de radiación de un día a otro, según la distancia del Sol).
@Cornelisinspace. Sí, el paso 1 es calcular la posición de Marte a partir de los parámetros orbitales. Quieres hacer eso? ¿O usar un sitio web para obtener números representativos? (El paso 1 es una pregunta y respuesta completa en sí mismo). El paso 2 es calcular el punto subsolar, o la "declinación" del Sol visto desde Marte. Esa es otra serie de ecuaciones. Entonces el paso 3 es lo que proporciono. Puede haber una serie simple de ecuaciones que se aproximen a ambas, con solo 1 o 2 docenas de términos en ellas. Veré lo que puedo encontrar.
El pdf titulado "Representaciones analíticas precisas del tiempo solar y las estaciones en Marte con aplicaciones a las misiones Pathfinder/Surveyor" ubicado en agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1029/97GL01950 da la ecuación para la distancia r (en mi ecuación, rm en el PDF) y punto subsolar (declinación en el PDF), y solo requiere 5 ecuaciones y 29 términos. ¡Nada mal! Además del cálculo de la fecha desde J2000, más ecuaciones y términos.
Sí, creo que es mucho trabajo, ¡y para mí vale la pena dar recompensas después de haber realizado el paso 1!
¡Gracias por responder y guiarme a ese magnífico sitio web de JPL Horizons! Así que he ajustado algunos números en tu ecuación.
+1He ajustado el formato de MathJax , ¿puedes verificar que esté bien? Solo tengo curiosidad de dónde vienen los valores numéricos de 717 W/m^2 y 1.381 AU. Si usamos la constante solar de 1362 W/m ^ 2 y 1 AU, da la misma respuesta, por lo que no hay problema con ellos, por supuesto. ¡Gracias!
@uhoh Los valores numéricos son para el momento en que Marte está en el perihelio. Si usa el sitio web JPL Horizons con las cantidades de salida 15 y 19, puede encontrar que el 22 de junio de 2022 la distancia de Marte al Sol es 1.3813 AU, y los 717 W/m² están en la página de datos del objeto.

Este es un complemento de la respuesta aceptada de @JohnHoltz para mostrar un ejemplo de la radiación solar máxima en el cráter Jezero (18,38⁰N) durante un año marciano completo.

18 de febrero de 2021 (fecha de aterrizaje prevista Perseverancia): r = 1,57021553, lat.= 2,243093 ------------------------------ -->.................................................. .......717 x 0,773941 x cos(18,38 - 2,243093)⁰ = 533 W/m².
19 de mayo de 2021 (el Sol está en el cenit en el cráter Jezero): r = 1.65106961, lat. = 18.341973 -------------------------> .. .................... ..........................717 x 0,836657 x cos(18,38 - 18,341973)⁰ = 502 W/m².
13 de julio de 2021 (Marte está en el afelio): r = 1,66595504, lat. = 24.008276 ------------------------------------------------ ---> ............................................... ......717 x 0,687543 x cos(18,38 - 24,008276)⁰ = 475 W/m².
25 de agosto de 2021(solsticio de verano del norte): r = 1.65683720, lat. = 25.456249 ------------------------------------------> ..... .............................................717 × 0,695131 x cos(18,38 - 25,456249)⁰ = 495 W/m².
26 de noviembre de 2021 (el Sol vuelve a estar en el cenit): r = 1,58079433, lat. = 18.433113 -------------------------------------> .......... ..........................................717 x 0,763617 x cos(18,38 - 18.433113)⁰ = 547 W/m². 24 de febrero de 2022 (equinoccio de otoño): r = 1,46695298, lat. = 0.143556 ------------------------------------------------ ---------------> .................................. ...................717 x 0,886735 x cos(18,38 - 0,143556)⁰ = 604 W/m².
22 de junio de 2022(Marte está en el perihelio): r = 1,38130590, lat. = -24.056784 ----------------------------------------------- > .................................................. ..717 x 1,000108 x cos(18,38 + 24,056784)⁰ = 529 W/m².
21 de julio de 2022 (solsticio de invierno): r = 1,38752975, lat. = -25.456143 ----------------------------------------------- ---------->.................................................. .............717 x 0,991156 x cos(18,38 + 25,456143)⁰ = 513 W/m².
26 de diciembre de 2022 (equinoccio de primavera): r = 1,55688141, lat. = -0.093208 ----------------------------------------------- ---------->.................................................. ...............717 x 0,787255 x cos(18,38 + 0,093208)⁰ = 535 W/m².

Entonces, basándonos solo en estos resultados, a pesar de que el cráter Jezero está muy al norte del ecuador, ¡el invierno sería más cálido allí que el verano!

A modo de comparación, algunos resultados a lo largo de un año para el cráter Gale (5.4⁰S).

13 de julio de 2021 (Marte en afelio):............. 429 W/m².
25 de agosto de 2021 (solsticio de verano del norte):. 428 W/m².
24 de febrero de 2022 (equinoccio de otoño del norte): .......... 633 W/m².
22 de junio de 2022 (Marte en perihelio): ......... 679 W/m².
21 de julio de 2022 (solsticio de invierno del norte):....... 667 W/m².
26 de diciembre de 2022 (equinoccio de primavera del norte): ..... 562 W/m².

1 de diciembre de 2012 (Sol 115 para Curiosity (4.6⁰ S)):. 685 W/m². 1

Y aquí están los resultados del cráter McLaughlin (21,9⁰N) , una vez considerado un lugar de aterrizaje candidato.

13 de julio de 2021 (Marte en afelio):............. 493 W/m².
25 de agosto de 2021 (solsticio de verano):................ 497 W/m².
24 de febrero de 2022 (equinoccio de otoño):........................ 590 W/m².
22 de junio de 2022 (Marte en perihelio):.......... 498 W/m².
21 de julio de 2022 (solsticio de invierno):........................ 481 W/m².
26 de diciembre de 2022 (equinoccio de primavera):................... 523 W/m².

Cráter a 47,32⁰S, 85,74⁰E, entre las manchas azules en Hellas Planitia.

21 de julio de 2022 (solsticio de verano del sur):.... 659 W/m².
21 de julio de 2022 ( + 10⁰ ).................................. .. 695 W/m².

Cráter en 48.07⁰S, 82.02⁰E, verde en Hellas Planitia.

21 de julio de 2022 (solsticio de verano del sur):..... 656 W/m².
21 de julio de 2022 ( + 11⁰ ).......................................... 696 W/m².
22 de junio de 2022 (Marte en perihelio):............ 655 W/m².
22 de junio de 2022 (+ 11⁰ )................................... 698 W/m².

¿Cómo calcular la radiación solar máxima local en Marte de un día a otro a lo largo de un año marciano completo?
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