Wie würde der Himmel aussehen, wenn die Erde in sicherer Entfernung einen Roten Riesen umkreisen würde?

Rayleigh-Streuung tritt bei allen Wellenlängen auf, aber der Streuquerschnitt geht als$\lambda^{-4}$.

Auf der Erde ist die atmosphärische optische Tiefe für die Rayleigh-Streuung bei roten Wellenlängen sehr gering, sodass kaum rotes Licht gestreut wird, selbst bei Sonnenuntergang, wenn die Sonne durch eine dicke atmosphärische Schicht betrachtet wird. Im Gegenteil, es gibt genügend optische Tiefe, um etwas blaues Licht zu streuen, selbst wenn es von der Sonne im Zenit ankommt. Einige Zahlen besagen, dass die optische Tiefe im Zenit vom Meeresspiegel etwa 0,36 bei 400 mm (blau) und zehnmal kleiner bei 700 nm ist ( Bucholtz 1995 ).

Das Spektrum des gestreuten Lichts ist jedoch bei einem Roten Riesen ein ganz anderes. Das Sonnenspektrum hat seinen Höhepunkt bei etwa 500 nm und ist sowohl bei 400 nm als auch bei 700 nm etwa um den Faktor zwei weniger intensiv. Ein Roter Riese hat ein Spektrum, das bei etwa 900 nm (im Infrarotbereich) seinen Höhepunkt erreicht, und der Fluss ist bei 400 nm etwa 100-mal niedriger und bei 700 nm zweimal niedriger (weshalb sie rote Riesen genannt werden).

Wenn es nur um Rayleigh-Streuung ginge und der Gesamtfluss, der am oberen Ende der Atmosphäre auftrifft, derselbe ist, dann wäre das Streuspektrum von der Beleuchtung des Roten Riesen ganz anders. Die Gesamtmenge des gestreuten roten Lichts wäre etwa die gleiche wie im Fall der Sonne, aber die Menge des gestreuten blauen Lichts wäre etwa um den Faktor 50 reduziert. Der Nettoeffekt wäre, dass der Himmel viel dunkler wäre, und eher als von blauem Licht dominiert zu werden, hätte tatsächlich ein röteres Spektrum (als welche Farbe dies wahrgenommen würde, bin ich mir nicht sicher).

Aber Rayleigh-Streuung ist nicht das Einzige, was vor sich geht. Die optische Streutiefe kann von Partikeln in der Atmosphäre bei Wellenlängen über 600 mm dominiert werden. Diese Streuung ist viel weniger wellenlängenabhängig, hängt von der Größenverteilung der Partikel ab und ist für kleine Streuwinkel viel stärker. Ich denke, dass dies die relative Rötung des Streulichts etwas mehr verstärken würde, aber da der einfallende Fluss bei 700 nm dem der Sonne ähnlich ist, würde dies die Himmelshelligkeit nicht erhöhen.

Zusammenfassend denke ich, dass der Himmel viel dunkler wäre (Faktor 50) und ein viel röteres Spektrum hätte.

Als Antwort auf die Frage, wie Pflanzen in dieser hypothetischen Anordnung aussehen würden, ist es wichtig zu wissen, dass grüne Pflanzen sich nicht entwickelt haben, um die Energie unserer Sonne zu maximieren, weil sie nicht immer der dominierende photosynthetische Organismus auf der Erde waren. Sie haben sich speziell an den Rändern um die violetten Schwefelbakterien entwickelt, die einst die dominierenden Sonnennutzer auf unserem Planeten waren.

Als die Vorläufer des modernen grünen Phytoplanktons und der Algen auftauchten, wurden sie erfolgreich, indem sie eine ökologische Nische abschotteten. Die Bakterien haben sich entwickelt, um die Energie unserer Sonne zu maximieren, indem sie den größten, besten Teil des sichtbaren Spektrums nutzen, dh den breiten gelben bis grünen Streifen absorbieren und weniger energiereiches Rot + gefährlich energiereiches Blau, Purpur und UV reflektieren. Die Vorfahren von Grünalgen und Phytoplankton entwickelten sich in den verbleibenden Rändern, die gelbgrün reflektierten. Der Erfolg grüner Pflanzen hat letztendlich die Atmosphäre und die Wasserkreisläufe unserer Welt verändert und so die einst vorherrschenden Bakterien an den Rand gedrängt.

Es ist wahrscheinlich, dass sich das Leben auf einem tektonisch aktiven Planeten in einer ähnlichen Bahn entwickeln würde, aber die am frühen Vulkanismus beteiligten Verbindungen würden die Entwicklung des Lebens und der Planetenatmosphäre vorantreiben. Welche Farbpflanzen auf unserem hypothetischen Planeten im Roten-Riesen-System aussehen würden, würde also auch davon abhängen, wie sich das Leben auf dem Planeten entwickelt hat und wie die frühe Geologie und Atmosphäre des Planeten aussahen.

Lustige Frage!

Ich denke, wir müssen davon ausgehen, dass Sie fragen, wie der Himmel durch unsere Augen aussehen würde, die so an die Sonne angepasst sind, wie sie ist. Der Stern selbst wäre am Himmel größer und damit erheblich heller, vorausgesetzt, Sie würden die Erde an einen bewohnbaren Ort bringen. Außerdem müssten Sie derjenige sein, der sich bewegt, um einen Sonnenuntergang zu haben, da die Erde wahrscheinlich durch die Gezeiten fixiert wäre und wir den Mond verlieren könnten. Abgesehen davon wäre das Licht des Sterns für uns immer noch weiß (nicht rot), genauso wie unsere Sonne nicht "gelb" aussieht.

Wenn der Himmel klar ist, erhalten Sie immer noch Rayleigh-Streuung und es erscheint blau (unter der Annahme derselben Atmosphäre). Schwankungen der Himmelsfarbe sind eher atmosphärenabhängig (Wetter, Tageszeit, "Schadstoffe" etc.) als vom Stern bestimmt. Es wäre jedoch interessant, die Pflanzenfarbe zu berücksichtigen, da sie sich entwickelt hätten, um die maximal mögliche Energie von einem Stern mit Emissionsspitzen bei einer längeren Wellenlänge zu erhalten.