Может ли небо на планете теоретически быть любого цвета?

На этот вопрос очень сложно ответить однозначно; его ответ сильно зависит от трех вещей (1) состава рассматриваемой атмосферы (2) плотности рассматриваемой атмосферы и (3) температуры поверхности и, следовательно, спектра выходного света рассматриваемой звезды.

Если атмосферные газы сами окрашены ( например, $N\,O_2$), то такие газы явно могут сильно изменить цвет атмосферы. В атмосферах с низкой плотностью, таких как марсианская, преобладают пыль и вещество, сметенные с поверхности, что придает небу «ирисковый» цвет. Нам явно нужно знать, что плавает вокруг, поэтому мы не можем сказать больше о пункте (1), поэтому в этом ответе я буду предполагать, что сами газы в атмосфере бесцветны.

В этом случае доминирующим эффектом, задающим цвет, является рэлеевское рассеяние . Это дифракция света от неоднородностей в атмосфере меньше длины волны. Когда вы «видите» атмосферу, вы видите рассеянный, а не прямой свет от рассматриваемого солнца, а рэлеевское рассеяние происходит наиболее сильно на более коротких длинах волн. Это мощный эффект: в пределе малой неоднородности он изменяется как обратная четвертая степень длины волны. Таким образом, процесс всегда благоприятствует более коротким длинам волн.

Это значит, что для солнца с таким же спектром, как у нас, и с такой же плотностью атмосферы, как у нас, небо будет голубым, как у нас, или как у Юпитера (в верхних слоях). Однако для атмосфер с очень высокой плотностью прямой свет, достигающий поверхности, имеет более короткие длины волн, сильно ослабленные рэлеевским рассеянием, так что поверхности достигают только более длинные волны. Именно по этой причине снимки Венеры, сделанные российскими спускаемыми аппаратами «Венера», предполагают, что небо имеет оранжевое свечение.

Если планета вращается вокруг красного гиганта, я предполагаю, что это, вероятно, будет означать зеленоватое или желтое небо для планеты с такой плотностью атмосферы, как у нас, поскольку спектр света звезды содержит только более длинные волны, чем свет от нашего Солнца. Однако обратная зависимость четвертой степени означает, что теперь свечение самих атмосферных газов намного слабее, поэтому в цвете неба, скорее всего, преобладают такие вещи, как пыль, как в случае с Марсом.

Самый распространенный цвет неба на Земле — белое (точнее, серое) небо. Облака покрывают около 70% поверхности Земли, и из-за того, что они рассеивают коротковолновое излучение, они кажутся белыми или серыми. Это связано с тем, что фотоны, исходящие от Солнца, вероятно, многократно рассеиваются, а также потому, что зависимость от длины волны не сильно увеличивается или уменьшается.

Белое небо над Ллин Падарн. Источник: Викисклад.

Голубое небо особенно часто встречается на Земле:

Голубое небо. Источник: Викисклад.

На закате у нас часто бывает красное небо:

Закатное небо. Источник: девиантарт .

Это оставляет ряд других цветов. Вы упоминаете зеленый, черный, коричневый. Черное небо возникает ночью или при наличии в атмосфере плотных тяжелых твердых частиц, таких как дым. Один из способов получить зеленое небо — это Аврора. Можно предположить планету, где они полупостоянны.

Аврора. Источник: Викисклад.

Аврора, кстати, тоже может быть красной или желтой. Однако цвета полярных сияний ограничены эмиссионными линиями газов верхних слоев атмосферы, которые обычно представляют собой относительно простые молекулы. И, возможно, путем смешивания этих цветов. Но они не могут быть /любого/ цвета.

Но объединить эти эффекты? Если кто-то может спроектировать атмосферу с нуля, с правдоподобным способом существования этой атмосферы где-то во Вселенной, с облаками определенной плотности, полярным сиянием, танцующим в небе, постоянно присутствующими аэрозолями... вы можете создать множество разных цветов. . Небо это предел ;-)

Хм... У Марса красное небо. Но это связано с тем, что железо, содержащееся в почве, поглощает другие части видимого спектра и отражает красную часть, поэтому небо выглядит красноватым.

Я не думаю, что черноватое небо было слишком надуманным, потому что углерод имеет тенденцию быть черным, а дым черновато-серым. Воспринимаемый цвет зависит от различных элементов, поглощающих разные части электромагнитного спектра и отражающих оставшуюся часть спектра. Так что цвет чего угодно зависит от того, что отражается.

Итак, отвечая на ваш вопрос, цвет неба любой планеты зависит от химического состава ее атмосферы, падающего света и других подобных факторов.