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

Ich bin Künstler und habe versucht, eine umfassende Ressource zu finden, die mir helfen würde, wahrscheinliche Himmelsfarben 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.

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

Neue Himmelskarte

UPDATE: Ich habe die Tabelle aktualisiert. Es basiert auf meinen neuesten Forschungen und zeigt die Basisfarbe des Himmels, der Wolken und der scheinbaren Sonnenfarbe für Mittag/vor Sonnenuntergang an.

Neueste wissenschaftliche Referenzen: Referenz A , Referenz B

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.

Hier sind die wichtigsten Ideen, die mir beim Lesen aufgefallen sind. Wenn ich in einem dieser Punkte falsch liege, würde ich es gerne wissen! :)

  • 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). 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.
  • Ich gehe davon aus, dass die Sonne durch die unter "Sterntemperatur" aufgeführte Farbe gefärbt erscheinen würde.
  • Ich weiß nicht, wie sich Schatten auswirken würden, obwohl ich annehme, wenn Sie in 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 möchte erklären, wie sich die Farbe ändern würde, wenn Sie direkt in die Sonne schauen. Würde die die Sonne umgebende Atmosphäre (wie ein "Heiligenschein") mit der Farbe des Sterns gefärbt erscheinen?

Referenz Nr. 1 , Referenz Nr. 2

Original Bild:

Willkommen bei WB:SE und danke für die tolle Frage! Ich möchte auf dieses Hard-Science -Tag hinweisen , das die Antworten NUR auf diejenigen beschränkt, die die Antwort mit Mathematik oder maßgeblichen Quellen untermauern können. Ich bin kein Fan davon, da es dazu neigt, die Antworten stark einzuschränken. Achte darauf. Wenn Sie nach ein oder zwei Tagen keine Antworten sehen, die Ihren Anforderungen entsprechen, können Sie das Tag löschen, um eine breitere Antwortbreite zu ermöglichen.
Wenn Sie nach Antworten aus dem wirklichen Leben suchen, die auf faktengeprüfter Forschung basieren, befürchte ich, dass dies nicht der genaue Ort ist, um diese Frage zu stellen. Das soll nicht heißen, dass die Mitglieder nicht recherchieren, um dabei zu helfen, aber World Building, wie es im Rahmen des Genres definiert ist, soll es den Mitgliedern ermöglichen, die Welt so zu gestalten, wie sie es wollen . Wenn Sie denken (und es liegt an Ihnen zu entscheiden), dass Ihre Abfrage für Astronomie und wissenschaftliche Bilder relevanter ist (wie in, Sie möchten herausfinden, was die Farben sein würden, anstatt was Sie wollen), astronomy.stackexchange .com ist der Ort, an dem Sie Ihre Frage stellen möchten.
@YoustayIgo Danke für den Rat! Ich habe das Hard-Science-Tag fallen gelassen und durch „erdähnlich“ ersetzt. :) Das ist eine interessante Unterscheidung, die Sie ansprechen. Ich habe zwei plausible Welten im Sinn (eine davon ist eine Supererde, die durch Gezeiten an einen Braunen Zwerg gebunden ist, der wiederum einen K4-Stern umkreist), aber ich möchte, dass meine Kunstwerke Biologie / Physik widerspiegeln, die plausibel und genau sind (im Rahmen des Zumutbaren). Ich bin nicht so sehr daran interessiert, Details wie die Himmelsfarbe herzustellen, da ich mich von der Wissenschaft darüber informieren lasse, was ein solches Detail angesichts meiner breiteren Einschränkungen sein sollte. Hoffe das macht Sinn!
Ich habe einige Seiten nachgeschlagen, aber ich bin nicht überzeugt genug von meinen Recherchen, um eine vollständige Antwort für Sie zu schreiben. Ich empfehle jedoch, diese Seiten zu lesen, da sie relevante und (wie ich finde) wertvolle Informationen zu Ihrem Thema enthalten: xenology.info/Xeno/5.4.2.htm en.wikipedia.org/wiki/Extraterrestrial_skies
Bitte denken Sie daran, dass sich das, was Sie auf Ihrem Monitor sehen, von dem unterscheidet, was ich auf meinem sehe, und von dem, was jeder andere Benutzer sieht. Nur Personen mit Monitoren, die genau so kalibriert sind, wie Sie es sind, und mit Software, die Farbprofile genauso interpretiert, wie Sie es sind, können die Genauigkeit Ihres Diagramms in grafischer Form wirklich beurteilen. Bitte auch eine Frage pro Frage.
Da jede Art von Display Farben unterschiedlich wiedergibt (es sei denn, es ist kalibriert, wie Molot sagt), könnten Sie Ihr Diagramm vervollständigen, indem Sie Zellen mit RGB-Werten der verschiedenen Farben / Farbverläufe für eine wissenschaftlichere Analyse von anderen Benutzern hinzufügen.
@ user7308301 Leider ist RGB nicht mit realen Farben verbunden. Aus diesem Grund verdient Pantone viel Geld mit seinen Farbstandardprodukten.
@Molot das ist nicht richtig. Pantone ist ein Standardsatz von CMYK-Farben, die für den Druck bestimmt sind: verschiedene Mischungen aus Cyan-, Magenta-, Gelb-, K=Schwarz-Tinten auf verschiedenen Papiersorten, daher ist Pantone in der Tat die falsche Art, Himmelsfarben darzustellen. Tatsächlich können Sie Hunderte von nicht druckbaren Farben in einem Sonnenuntergang finden, die Sie in Pantone-Sets nie finden werden, aber Sie werden definitiv in RGB als bester Annäherung finden.
Das Bild wurde in Adobe Illustrator im RGB-Modus auf einem Mac erstellt. Ich würde denken, dass die RGB-Kalibrierung der meisten Bildschirme ähnlich sein wird? Unabhängig davon, solange die RGB-Darstellung ziemlich ähnlich ist, muss sie nicht exakt sein. Ich interessiere mich mehr für relative Farben als dafür, dass die absoluten Farben zu 100% korrekt sind. Mit anderen Worten, ob ein Himmel grüner/blauer/röter oder heller/dunkler wird.
@ user7308301, aber RGB ist KEINE universelle Farbbeschreibung. Wenn Sie zwei Geräte haben, die dasselbe #23a8f0leicht unterschiedlich anzeigen, wäre keines falsch. RGB ist keineswegs absolut. Es ist von 0 bis 100% des Maximums für jedes gegebene Gerät, aber erstens kann das Maximum unterschiedlich sein, zweitens können einige Geräte unterschiedliche Maximums für R, G und B haben, wodurch sie mehr warmes oder kaltes "Weiß" erhalten. Und selbst bei genau denselben R-, G- und B-max-Werten kann das Spektrum unterschiedlich sein und wird es wahrscheinlich auch sein.
@Mołot Ich glaube nicht, dass unsere Bildschirme RGB unterschiedlich darstellen. Ich glaube jedoch nicht, dass dies für die überwiegende Mehrheit der Menschen, die sich das Bild ansehen, ein großes Problem sein wird. Meiner Erfahrung nach werden die meisten richtig kalibrierten Bildschirme Farben so ähnlich darstellen, dass der winzige Unterschied keine praktischen Konsequenzen hat.
Eine Komplikation, die für einige Ihrer Fragen von Bedeutung sein könnte: Weißabgleich. Das menschliche Auge führt ständig automatisch einen Weißabgleich durch, ohne dass wir es wissen. Möglicherweise möchten Sie eine Szene tatsächlich mit einer „falschen“ Farbe darstellen, die das menschliche Auge als „richtig“ wahrnimmt.

Antworten (2)

Ich denke, das ist eigentlich ein gutes Stück künstlerischer Grundlagenforschung (ich hatte Professoren, die es auch versucht haben).

Leider kann ich dir deine Frage nicht pauschal beantworten. Auch wenn Sie versucht haben, Ihren Umfang zu verfeinern, fürchte ich, dass Sie, um das zu bekommen, was Sie suchen, Dinge berücksichtigen müssen, auf die Sie nicht eingehen wollten. Ich weiß, dass ich dafür einen Schlag einstecken werde, aber ich brauchte den Raum, um Ihnen zu helfen, also werde ich versuchen, einige der Probleme anzusprechen, die Sie aufgeworfen haben.

(Ich bin mir nicht sicher, was der Begriff "rein" bedeutet

Im Licht ist weißes Licht eigentlich eine ~unreine Form von Licht, genauso wie Schwarz/Braun eine unreine Form von Anstrichfarben ist. Genau wie wenn Sie ein paar Farben mischen, um eine braun-schwarze Farbe zu erhalten, erhalten Sie auch, wenn Sie ein paar helle Farben mischen, eine weißliche Farbe. „Rein“ bedeutet in diesem Zusammenhang also die Nähe zu einer identifizierbaren Farbe im Spektrum.

Ist dies eine gute Darstellung von Himmel/Sonne auf fremden Welten mit starker Stickstoff/Sauerstoff-Atmosphäre?

Es ist ein Anfang; jedoch:

  • Die Entfernung zum Stern ist genauso wichtig wie seine Sonnenleistung, wenn nicht sogar noch wichtiger.
  • Auch die chemische Zusammensetzung (/Lebensphase) eines Sterns kann einen kleinen Einfluss haben.
  • Vielleicht sind die Farben im Zenit genau; Sobald Sie jedoch Horizonte erreicht haben, treten Sie in eine ganze Hölle von Faktoren ein:

Eine Atmosphäre ist keine homogene Gasmischung; Tatsächlich hat es viele Schichten mit unterschiedlichen Arten und Konzentrationen von Gasen, insbesondere wenn Sie organische und vulkanische Prozesse berücksichtigen. Dies spielt sich vor allem bei Horizonten ab, da das Sonnenlicht weiter durch diese unregelmäßigeren Schichten wandern muss, die dem Boden am nächsten sind.

(Siehe auch: Link warum der Mond orange erscheint )

Für Ihren Boilerplate-Ansatz sollte sich das von Ihrer Atmosphäre emittierte Spektrum also rot verschieben, wenn Sie sich dem Horizont vom Zenit nähern. Das Ausmaß dieser Verschiebung hängt von der Größe des Planeten/der Atmosphäre, der atmosphärischen Dichte usw. ab.

Wie genau ist mein Diagramm?

Ich kann es nicht mit Sicherheit sagen, aber ich würde mehr rötliche Töne in den Atmosphären mit niedrigerer Energie erwarten.

Ich möchte erklären, wie sich die Farbe ändern würde, wenn Sie direkt in die Sonne schauen.

Wenn Sie die Sonne betrachten, wären die Farben näher am scheinbaren Licht der Sonne (ihre weißliche Leistung) und der Zenitfarbe des Himmels (unrein, da Sie viele verschiedene Wellenlängen des emittierten Lichts sehen würden).

Würde die die Sonne umgebende Atmosphäre (wie ein "Heiligenschein") mit der Farbe des Sterns gefärbt erscheinen?

Halos erscheinen aufgrund der Anwesenheit von Wasser, ähnlich wie Regenbögen erscheinen. Ein Halo würde mit der Farbe des Sterns gefärbt erscheinen, aber für einen menschlichen Beobachter nicht in signifikantem Maße.

Nur etwas nützliche Lektüre, falls Sie es noch nicht getan haben.

Ich weiß nicht, wie sich Schatten auswirken würden, obwohl ich annehme, wenn Sie in 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?

Ein Schatten ist ein Schatten, da es die Abwesenheit von Licht ist. Die Farbe hängt hier stark davon ab, welches Licht das Objekt empfängt und zurückstrahlt.

Danke für die Antwort. Ich überprüfe Ihre Links. Vielen Dank! Eine Frage ... warum ist die Entfernung zum Stern wichtig? Ich stelle mir vor, dass der einzige Effekt, den die Entfernung hat, in der Leuchtkraft des Himmels liegt. Weiter entfernte Planeten hätten (bei sonst gleichen Bedingungen) einen dunkleren Himmel. Planeten, die näher dran sind, hätten einen helleren Himmel. Nun mag die Temperatur eine Rolle beim Erscheinungsbild der Atmosphäre spielen, aber für die Zwecke der Grafik nehmen wir Standard-Erdtemperaturen an.
Bei einigen dieser Behauptungen bin ich mir nicht sicher. Warum ist die Entfernung zum Stern wichtig? Warum sagen Sie, Atmosphären haben unterschiedliche Arten und Konzentrationen von Gasen? In unserer Atmosphäre stimmt das nicht wirklich. Es sind Änderungen in der Konzentration von flüssigem Wasser, die den größten Einfluss auf Farbe/Sichtbarkeit haben.
Ich habe ein aktualisiertes und verbessertes Diagramm hinzugefügt.
Apropos Sonnenuntergänge, Farbe ist eine lustige Sache! Sehen Sie sich Kürbiskernöl als Beispiel dafür an, was Spurengase Ihrem Himmel antun können.
@kingledion Mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle nimmt die Lichtmenge ab, die der Planet empfängt. Dies wird den Himmel langsam und allmählich verdunkeln. Das hat wahrscheinlich keinen signifikanten Einfluss auf die Himmelsfarbe der Habitatzone, und dieser Faktor wird in meinen Diagrammen nicht berücksichtigt.
@Draco18s Sehen Sie sich in die gleiche Richtung diesen Artikel über Twilight on Titan an. Die Dämmerung ist heller als das Tageslicht. nature.com/articles/s41550-017-0114
@userLTK Das ist ordentlich!

Sie könnten es verbessern, indem Sie alle Variationen von Elementen und Verbindungen in der Atmosphäre hinzufügen, um diesen Elementen / Verbindungen die atmosphärische Farbassoziation hinzuzufügen. Zum Beispiel würde ein Himmel mit Schwefel aussehen wie..., Ozon mit hohen Kohlenstoffspuren würde aussehen wie...

Bei 120 Elementen in unserem Periodensystem und unendlich vielen Konzentrations- und Kombinationsmöglichkeiten klingt dieser Vorschlag zumindest unpraktisch
Nicht alle 120 Elemente sind natürlich, berücksichtigen Sie das. Es gibt ungefähr 10200 Chemikalien, jetzt machen Konzentrationen einen Faktor. Die Zahl ist wirklich groß, aber nicht unendlich. Er könnte möglicherweise Computeralgorithmen ausführen, um den Himmel basierend auf den vorhandenen chemischen und elementaren Konzentrationen zu verändern.
Ich bin neugierig, wo Sie diese 10200-Nummer gefunden haben und ob ein Chemiker dem zustimmen würde.
Ich stimme dieser Zahl zu, was Ihnen sagt, dass ich kein Chemiker bin, würde ein Ph.D. in Chemie qualifizieren? Es ist eine bekannte Tatsache, wie viele Chemikalien bis heute entdeckt wurden, und dann addieren Sie sie alle zusammen.
Die CAS-Registrierungsnummer "identifiziert derzeit mehr als 143 Millionen einzigartige organische und anorganische Substanzen und 67 Millionen Protein- und DNA-Sequenzen", also weit mehr als 10200
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