Расчет солнечного спектра, получаемого планетой

Как рассчитать спектр света на поверхности чужой планеты? Мне нужно, чтобы решить, какого цвета будет преимущественно местная фотосинтезирующая жизнь.

Обратите внимание, что на нашей собственной Земле фотосинтетическая жизнь может быть красной , коричневой , зеленой, сине-зеленой или синей , и даже (редко) желтой (как в случае с Acer palmatum "Golden Pond"). Наземные растения зеленые, потому что они произошли от зеленых предков, использующих хлорофилл а ; не из-за спектра солнечного света, который на самом деле имеет максимум в желто-зеленой области...
Добро пожаловать в WorldBuilding Ettina Kitten ! Если у вас есть время, посетите экскурсию и посетите справочный центр , чтобы узнать больше о сайте. Развлекайся!
Вам нужен закон Планка en.m.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law , он описывает спектр, излучаемый черным телом с температурой T. Звезды фактически являются черными телами с температурой в диапазоне тысяч кельвинов. После этого нужно исследовать спектры поглощения газов и вырезать «овраги» в спектре на длинах волн, соответствующих наиболее распространенным газам.

Ответы (2)

Это зависит от вашей звезды и длин волн, которые поглощаются атмосферой. Вот график для Земли:

спектр солнечного излучения

Желтые части — это свет, исходящий от солнца, красные — то, что проходит через атмосферу. Входящий свет довольно хорошо соответствует спектру абсолютно черного тела. Звезды с разной температурой (цветом) соответственно сместят пик, но любые местные существа, по-видимому, будут эволюционировать, чтобы использовать эквивалентные «самые яркие» длины волн для своего видимого диапазона.

Как вы можете видеть, хотя есть части спектра, которые больше всего поглощаются, особенно водяным паром, они, как правило, находятся в основном в инфракрасной части спектра, а диапазоны длин волн с наибольшей энергией находятся в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. .

Изображение взято из Википедии, подготовлено Робертом А. Роде в рамках проекта Global Warming Art под лицензией Gnu Free Documentation license версии 1.2 или более поздней.

Если вы планируете добавлять в атмосферу другие газы/соединения, то, вероятно, стоит поискать для них спектроскопические данные, чтобы увидеть, где находятся полосы спектрального поглощения.

Итак, как мне рассчитать этот график для моей планеты?
Если у вас земная атмосфера (кислород, водяной пар, CO2), то провалы будут на тех же длинах волн. Если в вашей атмосфере есть что-то, чего нет в нашей, вам нужно поискать новое вещество в полосах спектроскопического поглощения и добавить соответствующие провалы на этих длинах волн. Для входящего солнечного света рассчитайте кривую черного тела для температуры вашей звезды; форма будет похожей, но пик сместится в сторону более коротких длин волн для более горячих (более голубых) звезд или в сторону более длинных длин волн для более холодных (красных) звезд.

Спектр света, получаемого вашей планетой, будет зависеть от двух факторов: спектрального излучения родительской звезды (звезд) и состава атмосферы планеты. Температура звезды определяет ее спектр (как видно из космоса). Состав атмосферы планеты будет определять, какие длины волн света рассеиваются и поглощаются из спектров, полученных родительской звездой (звездами).

Спектральное сияние

Спектральная яркость вашей звезды может быть аппроксимирована законом Планка :

Б λ ( λ ) знак равно 2 час с 2 λ 5 1 е час с λ к Б Т 1

куда час постоянная Планка, с скорость света в вакууме, а к Б — постоянная Больцмана, а T — температура вашей звезды. Если вы еще этого не определили, вы можете обратиться к звездным спектральным типам Hyperphysics . Заговор Б λ против λ создаст спектральный график @JerryTheC, на который ссылается их ответ. Вы также можете рассчитать длину волны, при которой интенсивность излучения на единицу длины волны максимальна, λ Максимум используя закон смещения Вина ( объясненный здесь ):

λ Максимум знак равно б Т

где b — постоянная смещения Винса.

**Примечание: закон смещения Вина находит максимум спектра. Если спектр имеет форму Гаусса (колокол), то цвет будет представлять собой смесь длин волн в пределах одного стандартного отклонения λ Максимум . Это "нормаль" гауссова λ Максимум ± 1 о или синий цвет на этой кривой .

Атмосферный состав

Атмосфера Земли слоистая. Поскольку каждый слой имеет разный состав, каждый из них рассеивает волны разной длины. Озоновый слой в стратосфере рассеивает УФ-излучение. Азот в тропосфере рассеивает синий свет гораздо сильнее, чем зеленый, желтый и красный свет ( см . По мере того, как свет проходит через большее количество воздуха, рассеивание увеличивается, тем самым смещая цвет в сторону меньших длин волн. Вот почему солнце в зените желтое, а на восходе/закате оранжево-красное.

Если бы состав атмосферы рассеивал свет по-разному, ожидайте аналогичных результатов, но на разных длинах волн. К сожалению, я не могу предоставить здесь ничего более полезного, не зная заранее состава вашей атмосферы, и даже в этом случае я не (экзо)планетолог.