¿Cómo se vería el cielo si la Tierra orbitara una gigante roja a una distancia segura?

Digamos que en lugar del sol, tenemos una gigante roja, pero la estamos orbitando a una distancia segura, dentro de la zona de Ricitos de Oro. ¿El cielo en realidad se vería más rojo? ¿O estaría más cerca del blanco/transparente debido a la escasez de luz azul para la dispersión de Rayleigh?

Esta es una pregunta realmente interesante , hay aspectos de astronomía, ciencias de la tierra (para la parte de la atmósfera planetaria) y neurología (ver, por ejemplo, el punto blanco de Wikipedia . Eso plantea la pregunta sobre qué significa "cómo se ve el cielo". Los colores aparecerán diferentes para nosotros (simplemente saliendo de una habitación o nave con iluminación "normal" hacia el entorno de la nueva Tierra) de lo que sería para una especie que evolucionó en esa condición de luz y cuyo punto blanco estaría determinado por el espectro de la gigante roja.
un lugar para comenzar podría ser ¿ Por qué el cielo no es púrpura? y la ecuación de Rayleigh como explicación de que el cielo sea azul y en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_scattering . Use en.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law con las temperaturas equivalentes del cuerpo negro para el Sol y para una gigante roja, luego use en.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_color_space y obtenga X , Y , Z y luego X , y , pero llegar a partir de ahí a qué color "se ve" el cielo todavía depende de quién está mirando.
Entiendo que las formas de vida que evolucionan en un planeta gigante rojo probablemente percibirían el color de manera diferente a nosotros, pero tenía curiosidad por los humanos, en general. Reformulando la pregunta: si los humanos colonizaran un planeta similar a la Tierra que orbita alrededor de una gigante roja a una distancia segura, ¿de qué color sería el cielo aproximadamente al mediodía? Echaré un vistazo más de cerca a sus enlaces después del trabajo también, gracias por proporcionarlos :)
La diversión realmente comienza cuando te das cuenta de cómo los diferentes espectros de la gigante roja afectarían la fotoquímica atmosférica. Esto tiene efectos colaterales en cosas como la producción de neblina...
Manteniendo fija la forma de vida, el segundo comentario de @uhoh es la pista.
La zona habitable está aproximadamente en una órbita a ∼ L / L ⊙ AU. Ahora, L ∝ R 2 T 4 , entonces a ∝ R T 2 : especialmente las estrellas más calientes requieren órbitas mucho más grandes. El diámetro relativo del disco estelar visto en la superficie planetaria es θ ∝ R / a ∝ ( 1 / T ) 2 . Entonces, una estrella a 3000 K en lugar de los 5777 del sol tendría un diámetro aparente de 3,71 veces el del sol, mientras que la órbita podría ser de 54 UA. El tamaño más grande no es enorme, pero un área solar 13,7 veces más grande haría que muchos reflejos y sombras fueran mucho más suaves.
Las gigantes rojas arrojan una gran cantidad de polvo, especialmente durante la última fase AGB, pero no sé cuánto efecto tiene eso en las atmósferas planetarias. De Wikipedia : "Los vientos estelares de las estrellas AGB son sitios de formación de polvo cósmico y se cree que son los principales sitios de producción de polvo en el universo". (Además, las estrellas AGB algo más pesadas que el Sol pueden convertirse en estrellas de carbono , que pueden tener tanto carbono a su alrededor que bloquea toda la luz visible).

Respuestas (3)

La dispersión de Rayleigh ocurre en todas las longitudes de onda, pero la sección transversal de dispersión es como λ − 4 .

En la Tierra, la profundidad óptica atmosférica a la dispersión de Rayleigh es muy pequeña en longitudes de onda rojas, por lo que apenas se dispersa luz roja, incluso al atardecer cuando el Sol se ve a través de una capa atmosférica gruesa. Por el contrario, hay suficiente profundidad óptica para dispersar algo de luz azul, incluso si llega del Sol en el cenit. Algunos números son que la profundidad óptica en el cenit, desde el nivel del mar es de alrededor de 0,36 a 400 mm (azul) y diez veces menor a 700 nm ( Bucholtz 1995 ).

Sin embargo, el espectro de luz que se dispersa es muy diferente en el caso de una gigante roja. El espectro solar alcanza su punto máximo en aproximadamente 500 nm y es aproximadamente un factor de dos menos intenso tanto en 400 nm como en 700 nm. Una gigante roja tiene un espectro que alcanza un máximo de alrededor de 900 nm (en el infrarrojo), y el flujo es unas 100 veces menor a 400 nm y dos veces menor a 700 nm (por eso se las llama gigantes rojas).

Si la dispersión de Rayleigh fuera todo lo que estaba ocurriendo, y el flujo total incidente en la parte superior de la atmósfera fuera el mismo, entonces el espectro disperso de la iluminación de la gigante roja sería bastante diferente. La cantidad total de luz roja dispersada sería aproximadamente la misma que en el caso solar, pero la cantidad de luz azul dispersada se reduciría aproximadamente en un factor de 50. El efecto neto sería que el cielo sería mucho más oscuro y en lugar de al estar dominado por la luz azul, en realidad tendría un espectro más rojo (no estoy seguro de qué color se percibiría).

Pero la dispersión de Rayleigh no es lo único que sucede. La profundidad óptica de la dispersión puede estar dominada por partículas en la atmósfera en longitudes de onda superiores a 600 mm. Esta dispersión depende mucho menos de la longitud de onda, depende de la distribución del tamaño de las partículas y es mucho más fuerte para ángulos de dispersión pequeños. Creo que esto mejoraría un poco más el enrojecimiento relativo de la luz dispersada, pero dado que el flujo entrante a 700 nm es similar al del Sol, no aumentaría el brillo del cielo.

En resumen, creo que el cielo sería mucho más oscuro (factor de 50) y tendría un espectro mucho más rojo.

En respuesta a la pregunta de cómo se verían las plantas en este arreglo hipotético, es importante saber que las plantas verdes no evolucionaron para maximizar la energía de nuestro sol porque no siempre fueron el organismo fotosintético dominante en la Tierra. Evolucionaron específicamente en los márgenes alrededor de las bacterias sulfúricas púrpuras que alguna vez fueron los usuarios dominantes del sol en nuestro planeta.

Cuando surgieron los precursores del moderno fitoplancton verde y las algas, tuvieron éxito al dividir un nicho ecológico. La bacteria evolucionó para maximizar la energía de nuestro sol, utilizando la mayor y mejor parte del espectro visible, es decir, absorbiendo la amplia franja de amarillo a verde y reflejando el rojo menos energético + azules, violetas y UV peligrosamente energéticos. Los ancestros de las algas verdes y el fitoplancton evolucionaron en los márgenes restantes, reflejando un color amarillo verdoso. El éxito de las plantas verdes finalmente cambió la atmósfera y los ciclos hidrológicos de nuestro mundo, marginando así a las bacterias que alguna vez fueron dominantes.

Es probable que la vida evolucione en una trayectoria similar en un planeta tectónicamente activo, pero los compuestos involucrados en el vulcanismo temprano impulsarían la evolución de la vida y la atmósfera planetaria. Entonces, el color que tendrían las plantas en nuestro hipotético planeta en el sistema gigante rojo también dependería de cómo evolucionó la vida en el planeta y cómo eran la geología y la atmósfera primitivas del planeta.

¡Pregunta divertida!

¡Bienvenido! La pregunta se refiere al color del cielo (y no menciona los colores de las plantas), por lo que su respuesta realmente necesita decir algo sobre el color del cielo para estar en el tema. La información en su respuesta es ciertamente fascinante, pero no parece tener mucho que ver con la astronomía. OTOH, la revolución del oxígeno ciertamente tuvo un impacto en el espectro de absorción de nuestra atmósfera. Y la información relacionada con los espectros planetarios potenciales de los planetas con vida está en el tema aquí, en mi humilde opinión.

Creo que debemos asumir que estás preguntando cómo se vería el cielo a través de nuestros ojos, que están adaptados al sol tal como es. La estrella en sí sería más grande en el cielo y, por lo tanto, considerablemente más brillante, suponiendo que trasladaras la Tierra a un lugar habitable. Además, tendrías que ser tú quien se mueva para tener una puesta de sol, ya que la Tierra probablemente estaría fijada por las mareas y es posible que perdamos la luna. Dicho todo esto, la luz de la estrella seguiría siendo blanca para nosotros (no roja) al igual que nuestro sol no se ve "amarillo".

Si el cielo está despejado, aún obtendrá la dispersión de Rayleigh y aparecerá azul (asumiendo la misma atmósfera). Las variaciones en el color del cielo dependen más de la atmósfera (clima, hora del día, "contaminantes", etc.) que las determinadas por la estrella. Sin embargo, sería interesante considerar el color de las plantas, ya que habrían evolucionado para obtener la máxima energía posible de una estrella con un pico de emisión en una longitud de onda más larga.

Sigo sin estar convencido de que el cielo seguiría siendo azul. la dispersión es ∝ λ − 4 , pero la cola de Wien de la función de Planck es como Exp ⁡ ( − h C / λ k T ) , que gana en algún momento.
El Sol aparece amarillo a través de la atmósfera de la Tierra y más blanco en el espacio exterior. Cerca del horizonte, como durante la puesta del sol, el Sol se ve naranja porque lo ves a través de mucha atmósfera. Esa es la razón por la que la Luna se ve amarilla cerca del horizonte. Una gigante roja probablemente se vería anaranjada tanto desde la Tierra como desde el espacio. Betelgeuse (una supergigante roja) en realidad se ve anaranjada en el cielo nocturno.
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