Wie viel Sonnenlicht gelangt auf die Oberfläche von Titan? Was würden Astronauten sehen?

Titanforscher-Neuling hier! Ich habe mich über dieselbe Frage gewundert, aber es gibt einige Artikel, die Ihre Fragen inzwischen beantwortet haben. Ich werde ihre Ergebnisse unten zusammenfassen:

TLDR: Für einen Astronauten wäre der Sonnenuntergang ziemlich enttäuschend, ähnlich wie in einem Sandsturm oder dichtem Smog. Der Himmel wird keine wirkliche Veränderung in seiner orangen Farbe haben. Die Sonne verschwindet lange bevor sie den Horizont erreicht. Sie benötigen eine Infrarotbrille, um bessere Sonnenuntergänge zu sehen.

Lange Antwort

Insgesamt beobachten wir tatsächlich, dass die Dämmerungsperioden (Sonnenaufgang/Sonnenuntergang) aufgrund der intensiven Vorwärts-Mie-Streuung vom Dunst heller sind als der Tag auf Titan von Infrarot- bis UV-Wellenlängen. Dieser Befund wurde mit Cassini-Bildern in verschiedenen Wellenlängen gefunden ( Garcia Muñoz et al. 2017 ) und mit Strahlungstransfermodellen bestätigt ( Barnes et al. 2018 ).

Die Modelle von Barnes et al. 2018 bieten nützliche Einblicke in einen normalen sonnigen Tag auf Titan. Diese Abbildung zeigt den Sonnenuntergang vom frühen Nachmittag bis nach Einbruch der Dunkelheit im sichtbaren Nahinfrarotlicht von 5 Mikron. Das Bild zeigt eine „ausgerollte“ Version des Himmels, wie er von der Oberfläche von Titan aus gesehen wird. Die Säule ganz links zeigt die Sonne und schreitet zum Antisonnenpunkt auf der rechten Seite fort. Die Ober- und Unterseite des Bildes sind Zenit bzw. Horizont. Der ZD repräsentiert den Winkel zwischen Sonne und Zenit. Das erste Diagramm unten erklärt das Format der "ausgerollten" Himmelsbilder in der 2. Abbildung:

Wir können einige wichtige Details über die Sonnenuntergänge notieren:

1. Der 5-Mikrometer-Sonnenuntergang ist aufgrund der ähnlichen atmosphärischen optischen Tiefen von Titan bei 5 Mikrometern und der Erde bei sichtbaren Wellenlängen der Erde sehr ähnlich.
2. Im nahen Infrarot ähneln die Sonnenuntergänge einem Mars- ( PIA07997 ) oder staubigen terrestrischen Wüstensonnenuntergang. Es gibt einen ausgeprägten Sonnenkranz, der im Laufe des Nachmittags die Farbe von weiß nach "rot" ändert. Die Sonne würde kurz vor ihrem Untergang (<10° über dem Horizont) verblassen. Das interessante neue Detail ist der fächerartige Strahlenkranz, der sich über der Sonne entwickelt!
3. Der Tag und der Sonnenuntergang bei sichtbarem Licht könnten für Astronauten ziemlich enttäuschend sein. Der Himmel wäre tagsüber schwach und gleichmäßig beleuchtet, ähnlich wie beim Blick durch dichten Feuerrauch auf der Erde (keine Probleme, ihn anzustarren!). Der Himmel hätte einen schönen orangefarbenen Farbton, der langsam verblasst, wenn sich die Sonne dem Horizont nähert. Der Tageshimmel ist wahrscheinlich 100-1000-mal dunkler als ein Nachmittag auf der Erde.

Ein weiteres verrücktes Detail ist, dass sich die Dämmerungszone 30° über die Terminatorlinie hinaus erstrecken kann. Das bedeutet, dass die Oberflächensichtbarkeit bei infraroten und sichtbaren Wellenlängen bis zu 1,25 Tage vor Sonnenaufgang oder nach Sonnenuntergang heller als der Vollmond ist! Das ist etwa 20x länger als die übliche Dämmerungsperiode auf der Erde.

Ein abschließendes Ergebnis der Veröffentlichung war der faszinierende Mangel an horizontnaher Beleuchtung bei allen Wellenlängen und Tageszeiten. Auf der Erde tritt aufgrund der Rayleigh-Streuung und ihrer geringeren optischen Tiefe das Gegenteil auf. Dieser Effekt kann jedoch auftreten, da die Veröffentlichung die Rayleigh-Streuung von flüssigen Methan-Ethan-Tröpfchen ausdrücklich nicht berücksichtigte.

Die Huygens-Sonde, die 2005 auf Titan landete, hatte ein spezielles Flutlicht an ihren Kameras angebracht, weil es angeblich zu dunkel ist, um während des Tages des Titans ohne es detailreiche Bilder aufzunehmen.

Bilder des DISR Side-Looking Imager und des Medium Resolution Imager, die nach der Landung von Huygens auf Titan aufgenommen wurden, wurden zusammengeführt, um dieses Bild zu erstellen.

Aufgrund des dichten Dunstes und der großen Entfernung von der Sonne erreicht wenig Sonnenlicht die Oberfläche. Ich würde mir vorstellen, dass es jeden Tag ein extrem bewölkter, später Nachmittag hier auf der Erde ist.

Oben ist ein Bild der Kameras, mit denen Huygens die Bilder gemacht hat. Sie wurden durch den Scheinwerfer in der Mitte unterstützt (die größere, goldene Scheibe)

Es sollte ungefähr 5-10 Minuten nach Sonnenuntergang auf der Erde sein. Zu dieser Zeit wird die horizontale Globalstrahlung (bei klarem Himmel) typischerweise mit etwa 1 W/m**2 gemessen (z. B. mit dem NOAA SurfRAD-Netzwerk), etwa dem 0,001-fachen des Mittagswertes. In ähnlicher Weise erreichen etwa 10 % des auf Titan einfallenden Lichts die Oberfläche durch Streuung, basierend auf einer optischen Tiefe von grünem Licht von 8 und vernünftigen Annahmen des Rückstreuanteils und der Einzelstreualbedo. Dies kombiniert mit einem Basislinienwert von 1 % Sonneneinstrahlung an der Spitze der Titan-Atmosphäre im Vergleich zur Erdatmosphäre (da sie 10 AE von der Sonne entfernt ist).