Terrestrial Exoplanet Skies – Ich habe eine visuelle Himmelskarte erstellt. Ist es genau?

Ich bin Künstler (und Wissenschaftsbegeisterter) und habe versucht, eine umfassende Ressource zu finden, die mir helfen würde, wahrscheinliche Himmelsfarben (wie sie vom menschlichen Auge wahrgenommen werden) für Exoplaneten mit Atmosphären mit einer ähnlichen chemischen Zusammensetzung wie die Erde eindeutig zu identifizieren. Es ist kniffliger als ich erwartet hatte. Ich habe mehrere Ressourcen zusammengeschustert und, wie ich hoffe, ein anständig genaues Diagramm der scheinbaren Sonnenfarbe zusammen mit der Himmelsfarbe erstellt.

UPDATE: Ich habe diesen Beitrag überarbeitet und eine neue, verbesserte Himmelskarte hinzugefügt (unten). Wissenschaftliche Referenzen für Himmelskarten: Ref A , Ref B

Neue Himmelskarte

Wie genau ist mein Diagramm? Ist dies eine faire Darstellung von Himmel/Sonne auf fremden Welten mit starker Stickstoff/Sauerstoff-Atmosphäre? Auf welche Weise könnte ich es verbessern?

Das Diagramm soll Dinge wie Staub, das Aussehen des Himmels bei Sonnenaufgang/Sonnenuntergang oder andere atmosphärische Effekte nicht berücksichtigen. Dies soll eine Vorlage für das grundlegende Aussehen des Himmels während des Tages sein. Wenn Sie jedoch kommentieren möchten, wie sich der Himmel bei Sonnenuntergang oder bei Effekten wie Vulkanismus verändern kann, bin ich dabei!

Außerdem interessiere ich mich mehr für relative Farben als für 100 % richtige absolute Farben. Das Bild wurde in einem Vektorprogramm im RGB-Modus erstellt. Unter der Annahme, dass Ihr Bildschirm standardmäßig kalibriert ist, sehen wir wahrscheinlich fast dasselbe.

Hier sind die Schlüsselideen, die ich aus meiner Lektüre gewonnen habe, die ich verwende, um dies zu erstellen. Ich betrachte die meisten von ihnen als vorläufig gehalten und bin sehr offen für Beiträge:

  • Erdähnliche Atmosphären würden im Zenit aufgrund der Streuung von blauem Licht mit niedriger Wellenlänge tendenziell hell- bis dunkelblau sein. Wenn die Sonne des Planeten sehr heiß wäre, würde der Himmel ein tieferes Blau erscheinen, während kühlere Sterne dem Himmel ein helleres Blau bis fast ein weißes Aussehen verleihen würden. Wenn die Sonne 3000k und darunter erreicht, beginnt der Himmel einen orange/braunen Farbton anzunehmen.
  • Wie auf der Erde ist der Horizont am hellsten und der Zenit am tiefsten.
  • Dichtere Atmosphären würden heller (verwaschener) und die Primärfarbe im Spektrum "reiner" erscheinen (ich bin mir nicht sicher, was der Begriff "rein" genau bedeutet, wenn es um die optische Wahrnehmung geht ... würde es weißer aussehen?). Ebenso wären dünnere Atmosphären weniger hell als die der Erde und die Farben "reiner".
  • Mit zunehmendem Druck wird die Himmelsfarbe im Zenit zunehmend gelber. In meinem Bild bedeutet dies, dass ein erdähnlicher Himmel bei 10-fachem Erddruck nahe dem Zenit bläulich/grün erscheinen würde.
  • Bei niedrigeren Temperaturen gehe ich davon aus, dass die Sonne durch die unter "Sterntemperatur" aufgeführte Farbe gefärbt erscheinen würde. Andernfalls werden Sie die Farbe des Sterns wahrscheinlich nur in Horizontnähe sehen.
  • Ich nehme an, wenn Sie in die Sonnen der K- und M-Klassen einsteigen, würde die Umgebung auf dem Planeten aufgrund der abnehmenden Prävalenz von Licht mit blauer Wellenlänge einen zunehmend röteren Farbton annehmen.
  • Ich vermute, dass der Farbverlauf vom Horizont zum Zenit in einigen Atmosphären steiler / sanfter sein wird. Ich habe vermutet, dass der Gradient auf einer Welt mit hohem G (rechts) deutlicher wäre.

Referenzen: Referenz Nr. 1 Referenz Nr. 2

Originaldiagramm:

Es ist eine schwierige Aufgabe, denn hier auf der Erde sehe ich alle Arten von Blau in Ihrem Horoskop. Aber intern scheint Ihr Diagramm und die Argumentation, die dazu führt, in Ordnung zu sein. Gut gemacht. Einmal habe ich ein Q gepostet, ohne Erfolg. Darf ich Sie vielleicht darauf ansprechen? Als Künstler und leidenschaftlicher Wissenschaftler könnten Sie mir helfen. ...
Ich denke, Ihre Streuung ist rückwärts. Der blaue Himmel und die gelbe Sonne sind auf Streuung zurückzuführen. Eine dickere Sauerstoff/Stickstoff-Atmosphäre sollte blauer sein als eine dünnere, nicht weniger blau. Eine dickere Atmosphäre könnte auch mehr Wolken haben, aber das ist auch temperaturabhängig und ich vermute, Wolken sind nicht Teil Ihrer Gleichung. Netter Versuch übrigens.
Das ist eine wirklich interessante Frage! Es könnte interessant sein, mit einem bekannten Himmel neben dem der Erde zu "kalibrieren". Zu diesem Zweck habe ich gerade die Frage gestellt, warum der Marshimmel in der Morgen- und Abenddämmerung blau erscheint, aber in der Mitte des Tages rot (Rückseite der Erde)?
@userLTK das ist eine dichtere Atmosphäre (10 bar), nicht unbedingt dicker. Der wesentlich kürzere mittlere Abstand zwischen Molekülen kann sich auf die Steilheit der Rayleigh-Streuung auswirken (obwohl ich nicht sicher bin, wie) oder andere Arten von Streuung ins Spiel kommen. Die im Link des OP zitierte Referenz ist Atmospheric Optics , CF Bohren
@Alchimista Was ist die Frage?
@userLTK Ich habe mir das genauer angesehen und bin ziemlich zuversichtlich, dass der Himmel mit steigendem Luftdruck gelber wird. Bei etwa 5-10 bar könnte der Himmel blaugrün erscheinen, und wenn Sie 40 bar erreichen, erscheint der Himmel in einem gedämpften Gelb. Dies geschieht, weil mit steigendem Druck mehr Atmosphäre zwischen Ihnen und der Sonne herrscht. Dies bedeutet, dass die Atmosphäre mehr Moleküle und andere Partikel hat, um die kurzen Wellenlängen des Lichts zu streuen, so sehr, dass das Blau beginnt, über die Wahrnehmung hinaus zu streuen, und die Wellenlängen, die Sie erreichen, gehen von Blau > Blaugrün > Gelb > Weiß (im Zenit).
@userLTK Ja. Ich stimme Ihrer Wortwahl "dichter" zu. Offenbar spielen zwei Arten von Streuung in der Atmosphäre eine Rolle: Rayleigh- und Mei-Streuung. Ich habe zwei großartige Quellen gefunden, die sich beide einig zu sein scheinen, dass mit zunehmender Atmosphärendichte die Helligkeit zunimmt, die Reinheit der Farbe der Primärwellenlänge jedoch abnimmt. Von einer Umgebung mit niedrigen Balken bis zu einer Umgebung mit sehr hohen Balken wäre die normale Mittags-Zenitfarbe also: tiefblau > taubenblau (Erde auf Meereshöhe), > azurblau > blaugrün > gelb > gelb/weiß > weiß.
Meine neuesten Referenzen: Referenzen: xenology.info/Xeno/5.4.2.htm , homepages.wmich.edu/~korista/…
Sie könnten Recht haben (und zu Ihrer Information, Diskussionen werden hier nicht empfohlen, es sei denn, sie werden in den Chat verschoben), aber ich bin kein Experte. Ich hatte angenommen, dass mehr Atmosphäre = mehr blaue Lichtstreuung = dunklerer blauer Himmel mit gleicher Sonne, aber vielleicht würde zu viel Streuung das Blau verringern. Nicht mein Fachwissen. (Dies ist eine Art Physik / Optik-Frage - vielleicht eine Physiktafel?)
Vermutlich wurde es mangels Interesse entfernt. Kurz gesagt behaupte ich, dass an einem klaren Tag Morgenlicht und Nachmittagslicht sehr unterschiedlich aussehen. Für mich ist das so. Überspringen Sie den Sonnenuntergang, um Komplikationen zu vermeiden. Kurz vor Mittag ist das Licht weißer und knuspriger. Nach Mittag ist mehr gelb. Aber es sollte unter allen geometrischen Parametern symmetrisch sein, außer der Anpassung der Augen an das Licht oder der Tatsache, dass morgens nach der Nacht ist, während abends nach morgens ist;) Irgendeine Idee warum oder bin ich der einzige, der das sieht?
Ich habe ein aktualisiertes und verbessertes Diagramm hinzugefügt.
Diese Frage wurde gepostet und hier beantwortet: worldbuilding.stackexchange.com/questions/100411/…
Da Sie sagten, dass Sie an anderen Atmosphären oder Diffusionsregimen interessiert sind, habe ich gerade auf space.stackexchange.com/questions/24108/… geantwortet.
@n_bandit scheint richtig zu sein. Höherer Druck könnte von einer geometrisch dickeren Atmosphäre oder einem höheren g abhängen. In allen Fällen ist es falsch zu sagen, dass Blau hinter der Wahrnehmung verstreut ist, kürzere Wellen. relative Bedeutung steigt. Die Tönung der Kuppel sollte zunehmend grünlich-gelb werden. Die Grenze in einer sehr dichten (in beiden Richtungen) Atmosphäre ist, wenn das gesamte Sternenlicht diffus ist, sodass die Himmelskuppel wieder weißer wird.
Das kann dir entweder helfen oder du kannst ihm helfen. physical.stackexchange.com/q/267805/162193
Erstmal tolle Arbeit, sieht sehr ästhetisch aus. Allerdings bin ich etwas verwirrt was du suchst. Ich nehme an, Sie suchen nach Genauigkeit, aber wie können Sie messen, wie es tatsächlich aussieht? Wir haben nicht wirklich Planeten, die all diesen Bedingungen entsprechen ... Wie berechnen wir die Farbe?

Antworten (3)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einIch denke, der Stern, sein Halo und seine Wolke können nicht dunkler sein als die Himmelsfarbe, selbst frühe M-Typen sehen am Himmel immer noch blendend hell orangerot aus, nicht schwach orangerot. Die Himmelsfarbe, wenn sie schwerer ist, wird meiner Meinung nach "entsättigter" aussehen (auch heller, aber nicht so hell, dass sie heller als der Stern ist ) und die Farbverschiebung zur roten Seite (Sie haben Recht), dass der dichte Himmel davon betroffen ist Die Farbe des Sternenlichts ist sehr intensiv, bis zu dem Punkt, dass es fast die gleiche Farbe wie das Sternenlicht hat. Beispiel: Der Himmel mit 10 Balken auf einem Planeten um die K5V-Sonne würde hellorange bis grau aussehen, auch die Wolke würde hellorange aussehen, die gleiche Farbe wie der Halo des Sterns. Beispiel2:Der 10-Balken-Himmel auf einem Planeten um die A5V-Sonne würde hellblaugrün/zyanfarben aussehen, mit einer gelblich-weißen Wolke in derselben Farbe wie der Halo des Sterns. Beispiel 3: Der 5-Balken-Himmel auf einem Planeten um die A5V-Sonne würde mit reinweißen Wolken puderblau aussehen, gleiche Farbe für den Stern und seinen Halo.

(Einige von) Diese Diagramme sind falsch. Wohingegen die Rayleigh-Streuung eine steile Wellenlängenabhängigkeit aufweist ( ∝ λ − 4 ) , es kann nicht zerstreuen, was nicht da ist. Es gibt fast kein blaues Licht, das von Sternen mit kommt T e F F < 3500 K.

Eine detaillierte Beschreibung des Problems mit Ihren Berechnungen(?) finden Sie hier in Bezug auf einen roten Riesen, der die Erdatmosphäre beleuchtet; aber die Argumentation ist genau die gleiche für ein M-Zwerg-Spektrum. Ein Stern (eigentlich ein Brauner Zwerg) bei 2000 K emittiert eine vernachlässigbare Menge an sichtbarem Licht und was vorhanden wäre, wäre im fernen roten Teil des Spektrums.

Ihre Diagramme sind sowohl in den Segmenten mit hohem Druck als auch mit niedriger Sterntemperatur falsch. Bei hohem Druck wird der wichtige Faktor zur Lichtauslöschung, die den Himmel gelblich macht, es sei denn, es gibt eine wirklich große spektrale Leistungsdichte im blauen Bereich. Bei niedrigen Sterntemperaturen gibt es so wenig blaues Licht, dass die Abhängigkeit des Streuquerschnitts von der Wellenlänge nicht ausreicht, um dies zu kompensieren: Der Exponentialfaktor im Planckschen Gesetz ist nicht zu übertreffen λ − 4 Faktor der Rayleigh-Streuung.

Außerdem ist die Auslöschung bei niedrigem Druck viel weniger ausgeprägt als bei Normaldruck, sodass die Atmosphäre auch bei tiefstehender Sonne nicht gelb wird. Dies ist besonders gut zu erkennen, wenn die Sterntemperatur hoch ist: Seine Bläue kompensiert die geringfügige Vergilbung, die auftreten könnte, sodass wir sie als Aufhellung oder hellere Bläue sehen.

Trotzdem glaube ich nicht, dass man es leicht richtig erraten kann, also hast du wirklich gute Arbeit geleistet. Der Vollständigkeit halber füge ich unten meine Ergebnisse der numerischen Simulation von drei Atmosphären (nur Luft, keine Aerosole, kein Ozon) hinzu, die von Schwarzkörpersternen mit denselben Temperaturen wie in Ihrer Tabelle beleuchtet werden. Simulationen, die von meiner (noch WIP) Software CalcMySky durchgeführt wurden .

Sonnenhöhe 85°.

Sterntemperatur, K Druck 0,25bar Druck 1bar Druck 10 bar
8500
7400
6700
6040
5570
5100
4350
3670
2840
2000

Sonnenhöhe 5°.

Sterntemperatur, K Druck 0,25bar Druck 1bar Druck 10 bar
8500
7400
6700
6040
5570
5100
4350
3670
2840
2000
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