Come apparirebbero gli arcobaleni su altri pianeti?


Risposte:


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nota 1: ho verificato l' indice di rifrazione della risposta di @ JamesK di 1,27 (poiché non è stata citata alcuna fonte), almeno per una temperatura di 111K, yay! In una giornata più fredda, diciamo 90K, l'indice sale e l'arcobaleno si ridurrà di alcuni gradi, vicino alla dimensione di quello sulla Terra.

Fonte per metano:

Fonte d'acqua

Ora @CarlWitthoft mostra due grafici senza etichetta senza fonti citate e valori molto diversi per n .

nota 2: l' affermazione priva di risorse di CarlWitthoft secondo cui il metano ha una dispersione significativamente inferiore rispetto all'acqua alla luce visibile sembra essere privo di merito. Ho tracciato entrambi i materiali sullo stesso asse e sono comparabili. Gli arcobaleni avranno una diffusione dei colori leggermente diversa, ma non credo che l'arcobaleno deluderà!

inserisci qui la descrizione dell'immagine


@ La risposta di JamesK menziona che Titano poteva vedere gli arcobaleni dalla pioggia di metano liquido.

Utilizzando la matematica da 1 , 2 , 3 :

K=ndropletnun'tmoSphere

α=arcsin(r-K23)
β=arcsin(peccatoαK)
θ=2φ=4β-2arcsin(Kpeccatoβ)

inserisci qui la descrizione dell'immagine inserisci qui la descrizione dell'immagine

K=4/31.33K=1.27

A parità di condizioni sarebbe anche un po 'più luminoso; con un angolo di incidente maggiore sul retro della goccia, il riflesso di Fresnel sarà un po 'più forte.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

fonte

# https://www.stewartcalculus.com/data/ESSENTIAL%20CALCULUS%202e/upfiles/instructor/eclt_wp_0301_inst.pdf
# https://www.physics.harvard.edu/uploads/files/undergrad/probweek/sol81.pdf
# nice math http://www.trishock.com/academic/rainbows.shtml

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

halfpi, pi, twopi = [f*np.pi for f in (0.5, 1, 2)]
degs, rads = 180/pi, pi/180

k = np.linspace(1.2, 1.5, 31)

alpha = np.arcsin(np.sqrt((4.-k**2)/3.))
beta  = np.arcsin(np.sin(alpha)/k)
phi   = 2*beta - np.arcsin(k*np.sin(beta))
theta = 2 * phi

things = (alpha, beta, theta)
names  = ('alpha', 'beta', 'theta = 2phi')
if True:
    plt.figure()
    for i, (thing, name) in enumerate(zip(things, names)):
        plt.subplot(3, 1, i+1)
        plt.plot(k, degs*thing)
        plt.title(name, fontsize=16)
        plt.plot(k[7],  degs*thing[7],  'ok')
        plt.plot(k[13], degs*thing[13], 'ok')
    plt.show()

nλ

@CarlWitthoft "... se il metano non è (dispersivo) ..." puoi nominare anche un solo dielettrico che non lo è? La dispersione in lunghezze d'onda visibili deriva dall'assorbimento nell'UV ed è un attributo piuttosto universale di raccolte di atomi. Penso che intendi "sostanzialmente meno dispersivo dell'acqua"
uhoh

1
Per quanto riguarda l'indice di rifrazione del metano, questo può essere utile (pdf)
antispinwards,

@mistertribs grazie mille; L'ho incorporato nella mia risposta.
UHOH

9

Gli arcobaleni si verificano quando la luce del sole splende attraverso la pioggia. Questo è raro nel sistema solare. La pioggia (di acido solforico) potrebbe essere abbastanza comune sotto le nuvole di Venere, ma non c'è il sole. Al contrario, c'è molto sole su Marte, ma non piove e solo nuvole molto rare.

Piove su Titano: pioggia di metano. Il metano ha un indice di rifrazione inferiore rispetto all'acqua (1,27 anziché 1,33), il che renderebbe gli arcobaleni leggermente più grandi (anche se non di molto 42-> 52). Tuttavia l'atmosfera di Titano è nebulosa e mentre c'è della luce sulla superficie, il disco del sole non è visibile.

C'è pioggia in alcuni strati dei giganti gassosi, ma di nuovo non sugli strati esterni dove è visibile il sole.

È probabile che la Terra sia l'unico posto nel sistema solare in cui gli arcobaleni sono un fenomeno comune.


Forse sono lì, ma non possiamo vederli perché il sole, i pianeti al di fuori dell'orbita terrestre e l'osservatore non sono mai intorno a quell'angolo di 40 gradi necessario per produrre un arcobaleno dal Sole dell'atmosfera.
Muze il buon troll.

Sì. La Terra dovrebbe essere l'unico posto in cui gli arcobaleni sono volgari. Altri corpi celesti dovrebbero anche essere in grado di supportare arcobaleni in presenza di nebbia o vapore di alcuni prodotti chimici e abbastanza luce solare, ma tali criteri sono raramente soddisfatti.
Max0815,

n

@CarlWitthoft Quando la dispersione è bassa (o la diffusione è altrimenti confusa) ci sarà ancora un arcobaleno, ma sarà meno colorato; può smettere di disperdersi ma non smette di rifrarre! Vedi cosa succede realmente per ridurre il colore percepito in un "arcobaleno bianco" o "arco di nebbia"?
uhoh

1

Dai un'occhiata a questi grafici. Quello a metano è il migliore che ho potuto trovare in una rapida ricerca, ma suggerisce che la dispersione sulla banda della lunghezza d'onda visibile sia una frazione del valore per l'acqua.

indice di rifrazione

indice di rifrazione

Poiché l'esistenza di un arcobaleno dipende dalla capacità della sostanza di "piegare" diverse lunghezze d'onda in quantità diverse, si può vedere che almeno il metano produrrebbe un arcobaleno piuttosto insoddisfacente. E anche questo presuppone che tu abbia un'atmosfera che supportava goccioline di metano di dimensioni adeguate per ottenere un effetto prismatico.

In parole povere, vorresti che le goccioline di metano fossero più grandi delle goccioline d'acqua che producono arcobaleni sulla Terra in base al rapporto delle loro dispersioni. Questo perché la diffusione dell'uscita angolare dipende in parte dalla lunghezza del percorso attraverso le goccioline.


Qualche differenza nella gamma di colori nell'arcobaleno? Tieni presente che non solo la forma della pioggia può produrre l'arcobaleno. Anche le nuvole di Giove e altri pianeti possono.
Muze il buon troll.

1
@Muze A meno che la molecola in questione (acqua, metano o altro) abbia un bordo di assorbimento molto nitido, la gamma di colori è limitata solo dalla nostra capacità retinica di discriminare le lunghezze d'onda.
Carl Witthoft,

Sì, ma la maggior parte dei liquidi trasparenti non rifrange la luce?
Muze il buon troll.

@Muze ci sono due cose qui che spesso vengono messe insieme, e non dovrebbero esserlo. Mentre rifrazione significa semplicemente piegare, disperdere significa piegare colori diversi in modo diverso. Se avessi gocce di pioggia (o prismi) con bassa dispersione otterrai comunque un arcobaleno, ma sarebbe bianco. Cosa succede effettivamente per ridurre il colore percepito in un "arcobaleno bianco" o "arco di nebbia"? Carl e molti altri potrebbero essere "insoddisfatti" da esso, ma sarebbe ancora lì, più stretto e più concentrato ma meno colorato.
uhoh

1
@uhoh sì, hai in parte ragione - l'output angolare (non solo la traduzione) dipende dagli angoli di entrata e di uscita più che dalle dimensioni della goccia.
Carl Witthoft,
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