Warum erscheint der Marshimmel in der Morgen- und Abenddämmerung blau, aber in der Tagesmitte rot (Rückseite der Erde)?

Das unten abgebildete Bild von hier , ursprünglich von der NASA, zeigt tatsächlich einen umgekehrten Effekt von dem, was wir auf der Erde sehen. Beachten Sie, dass der Farbton der Sonne nicht umgekehrt wird; Anstatt dass die orange oder rote Sonne auf der Erde auf dem Mars blau oder grün wird, bleibt die Sonne weiß.

Wenn die Sonne auf der Erde auf- oder untergeht, wird blaues Licht über einen breiteren Bereich gestreut als rotes Licht, aber der schmale Bereich, über den das rote Licht gestreut wird, hat intensiveres rotes Licht. Daher der Wechsel von Blau zu Rot, wenn sich die Sichtlinie der Sonne nähert. Mars zeigt einen ähnlichen Effekt, aber mit den Farben in umgekehrter Reihenfolge.

Die Sonne selbst scheint diese Regel auf dem Mars zu verletzen, indem sie weiß statt blau oder grün erscheint. Dies liegt daran, dass das direkte Licht der Sonne das Streulicht um sie herum lokal überwältigt; in der dünnen Marsatmosphäre wird nur wenig Licht jeglicher Farbe gestreut. Auf der Erde wird genug Licht gestreut, um die Sonne zu färben, aber sie ist immer noch viel weißer als der umgebende, gerötete Himmel. Wir sehen diesen Unterschied, wenn kontrastierende Komponenten des Spektrums des direkten Sonnenlichts durch optische Bedingungen hervorgehoben werden .

Quelle Bild anklicken für volle Größe.

Ich kam zu dieser interessanten Frage, während ich eine verwandte diskutierte: Beeinflussen die Gase in der Erdatmosphäre die Farbe einer Mondfinsternis? .

Nachdem ich über die mögliche Ursache für dieses im Vergleich zur Erde "umgekehrte" Phänomen nachgedacht hatte, kam ich zu der Feststellung, dass die Richtung der Mie-Streuung möglich ist.

Ich habe ein bisschen mehr gegraben, um bestätigendes Material zu finden, und habe diesen Link gefunden, der die Situation auf dem Mars gut erklärt und einen wirklich schönen Vergleich von Fotos eines roten Sonnenuntergangs auf der Erde und eines bläulichen Sonnenuntergangs auf dem Mars enthält:

https://blog.briankoberlein.com/zwei-welten-eine-sonne/

Es ist besonders schön, da es zuerst die in unserer Atmosphäre vorherrschende Rayleigh-Diffusion überprüft, was den Vergleich mit der Optik der Marsatmosphäre leichter verständlich macht. Darüber hinaus macht es nach der Erläuterung der aktuellen Antwort einen Punkt im Zusammenhang mit der Frage, die ich oben erwähnt habe. Es ergänzt also sogar meine Antwort darauf.

Um mich nicht auf eine reine Link-Antwort zu beschränken, möchte ich einige Punkte hervorheben, die das Verständnis noch einfacher machen:

• Während die Intensität der Rayleigh-Streuung sehr wellenlängenabhängig ist, ist die Mie-Streuung normalerweise relativ agnostisch dazu.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mie_scattering

Es hat jedoch einen gerichteten Charakter, und zwar insbesondere dann, wenn die Partikel magnetische Eigenschaften wie der in der Marsatmosphäre vorhandene Magnetitstaub haben. In diesem Fall kann eine bemerkenswerte Asymmetrie zwischen Vorwärts- und Rückwärtsstreuung auftreten, was dazu führt, dass sich kürzere Wellenlängen im Vergleich zu längeren direkt ausbreiten.

https://www.osapublishing.org/josa/abstract.cfm?uri=josa-73-6-765

...leider nach einer Paywall.

Dies verursacht den blauen Sonnenuntergang auf dem Mars.

Aus Gründen der Genauigkeit hat der Marsmittag eine gelblichere Himmelskuppel, dann rötet sich der Himmel zunehmend, bis der Sonnenuntergang eintrifft.

Der Punkt hier ist, die Vorwärtsstrahlung auch korrekt als gestreut zu sehen , was semantisch nicht einfach ist. Die Bedeutung ist, dass die Photonen tatsächlich mit dem Teilchen wechselwirken und dann in verschiedene Richtungen diffundieren. Es kommt einfach vor, dass in diesem speziellen Mie-Fall das vorherrschende zusammenfällt oder eine Verlängerung des eintretenden ist.

Kurioserweise zeigt dieser Link einen Marshimmel, aber in den Alpen. Während die NASA den bläulichen Farbton der Sonne auf dem Mars durch die oben erwähnte Vorwärtsstreuung erklärt, sagt sie nicht, ob der Mechanismus im Alpenfall genau derselbe ist. Es wird nur die harte physikalische Ursache erwähnt, dh der Sand der Sahara. https://apod.nasa.gov/apod/ap210218.html

• Immer mit Farbe zu tun ist wichtig daran zu erinnern, dass wir es nicht immer mit monochromatischem Licht zu tun haben. Bei Diskussionen wie dieser müssen wir bedenken, dass die von uns wahrgenommenen Farben immer auf einer bestimmten spektralen Verteilung und sogar einer Kombination anderer Faktoren wie Helligkeit und Kontrast beruhen. In Bezug auf die Photonenzahl ist das Sonnenspektrum direkt außerhalb unserer Atmosphäre, wie auch immer wir seine Farbe genannt haben, dies:

Photonenfluss vs. Wellenlänge, AM0

Welche Farbe wir auch wahrnehmen, das Spektrum, das auf unsere Netzhaut auftrifft, ist immer das, was sich ergibt, nachdem das Quellspektrum durch die verschiedenen dazwischen auftretenden Phänomene modifiziert wurde. Ein verändertes Verhältnis bei unterschiedlicher Wellenlänge kann ausreichen, damit wir unterschiedliche Farben wahrnehmen können. Wen es mehr interessiert, kann zum Beispiel nach dem CIE-Farbraum Ausschau halten

https://en.m.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_color_space

Ich entschuldige mich, aber ich habe keine Bildbearbeitungswerkzeuge an Bord des kleinen Telefons, das ich gerade benutze

Bearbeiten : Das Ende meiner Antwort oben behandelt den Aspekt von Helligkeit und Kontrast. Dies geschieht jedoch sehr allgemein, da es für alle Umstände gilt. Eine schöne Antwort auf die Frage wäre die Kombination der obigen mit der von Oscar Lanzi unten. Inwieweit die verschiedenen Effekte zu den beobachteten Fakten beitragen, bleibt offen, aber wir haben eine Vorstellung von der Farbumkehr des Sonnenuntergangs bekommen.

Die Marsatmosphäre ist zu dünn. Wenn die Sonne hoch am Marshimmel steht, färben die dünne Atmosphäre und schwebende Staubpartikel den Himmel rot. Wenn die Sonne untergeht, muss das Licht mehr Atmosphäre durchdringen, und dann werden alle Farben außer der Farbe Blau absorbiert. Daher ein blauer Sonnenuntergang / Sonnenaufgang.