Jak pojawiłyby się tęcze na innych planetach?

Odpowiedzi:

8

Uwaga 1: Sprawdziłem współczynnik załamania światła odpowiedzi Jameska na 1,27 (ponieważ nie podano żadnego źródła), przynajmniej dla temperatury 111K, tak! W chłodniejszy dzień, powiedzmy 90K, wskaźnik idzie w górę, a tęcza kurczy się o kilka stopni, zbliżoną do wielkości tej na Ziemi.

Źródło metanu:

Źródło wody:

Teraz @CarlWitthoft pokazuje dwie nieznakowane wykresy bez cytowanych źródeł i bardzo różne wartości dla n .

Uwaga 2: @ CarlWitthoft za uzupełnienia źródeł zastrz że metan ma znacznie mniejszą dyspersji niż woda w widocznych pojawia światło jest nieuzasadnione. Obydwa materiały narysowałem na tej samej osi i są one porównywalne. Tęcze będą miały nieco inny rozkład kolorów, ale nie sądzę, że tęcza rozczaruje!

wprowadź opis zdjęcia tutaj


@ Odpowiedź Jameska wspomina, że ​​Titan mógł zobaczyć tęcze z deszczu ciekłego metanu.

Używanie matematyki z 1 , 2 , 3 :

k=nreroplmitnzatmosphmirmi

α=arcsin(r-k2)3))
β=arcsin(grzechαk)
θ=2)ϕ=4β-2)arcsin(kgrzechβ)

wprowadź opis zdjęcia tutaj wprowadź opis zdjęcia tutaj

k=4/3)1.33k=1,27

Wszystko inne równe, byłoby trochę jaśniejsze; przy większym kącie padania z tyłu kropli odbicie Fresnela będzie nieco silniejsze.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Źródło

# 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()
O o
źródło
nλ
@CarlWitthoft „... jeśli metan nie jest (dyspersyjny) ...” czy możesz wymienić choćby jeden dielektryk, który nie jest? Dyspersja w widzialnych długościach fal pochodzi z absorpcji w UV i jest dość uniwersalnym atrybutem kolekcji atomów. Myślę, że masz na myśli „znacznie mniej dyspersyjną niż woda”
uhoh,
1
Jeśli chodzi o współczynnik załamania światła metanu, może to być przydatne (pdf)
antispinwards
@mistertribs bardzo dziękuję; Włączyłem to do mojej odpowiedzi.
uhoh,
9

Tęcze pojawiają się, gdy światło słoneczne świeci przez deszcz. Jest to rzadkie w Układzie Słonecznym. Deszcz (kwasu siarkowego) może być dość powszechny pod chmurami Wenus, ale nie ma słońca. I odwrotnie, na Marsie jest dużo słońca, ale nie ma deszczu i tylko bardzo rzadkie chmury.

Na Titan pada deszcz: deszcz metanowy. Metan ma niższy współczynnik załamania światła niż woda (1,27 zamiast 1,33), co spowodowałoby, że tęcze byłyby nieco większe (choć niewiele o 42–> 52). Jednak atmosfera Tytana jest zamglona i chociaż na powierzchni jest trochę światła, dysk słoneczny nie jest widoczny.

W niektórych warstwach gazowych gigantów występuje deszcz, ale znowu nie na zewnętrznych warstwach, gdzie widać słońce.

Jest prawdopodobne, że Ziemia jest jedynym miejscem w Układzie Słonecznym, w którym tęcze są powszechnym zjawiskiem.

James K.
źródło
Może są tam, ale ich nie widzimy, ponieważ słońce, planety poza orbitą Ziemi i obserwator nigdy nie znajdują się pod kątem 40 stopni potrzebnym do wytworzenia tęczy ze Słońca w atmosferze.
Muze dobry Troll.
Tak. Ziemia powinna być jedynym miejscem, w którym tęcze są wulgarne. Inne ciała niebieskie powinny również być w stanie utrzymać tęcze tam, gdzie jest mgła lub para jakiejś substancji chemicznej i wystarczająco dużo światła słonecznego, ale te kryteria rzadko są spełnione.
Max0815
n
@CarlWitthoft Kiedy dyspersja jest niska (lub rozprzestrzenianie jest w inny sposób zakłócone), nadal będzie tęcza, ale będzie mniej kolorowa; może przestać się rozpraszać, ale nie przestaje załamywać się! Zobacz, co faktycznie dzieje się, aby zredukować postrzegany kolor w „białej tęczy” lub „mgle”?
uhoh,
1

Spójrz na te wykresy. Metan jest najlepszy, jaki mogłem znaleźć podczas szybkiego wyszukiwania, ale sugeruje, że dyspersja w zakresie widzialnego pasma długości fali stanowi ułamek wartości dla wody.

współczynnik załamania światła

współczynnik załamania światła

Ponieważ istnienie tęczy zależy od zdolności substancji do „zginania” różnych długości fal w różnych ilościach, można zauważyć, że przynajmniej metan wytworzyłby raczej niezadowalającą tęczę. I nawet to zakłada, że ​​miałeś atmosferę, która podtrzymywała kropelki metanu o odpowiedniej wielkości, aby osiągnąć efekt pryzmatyczny.

Z grubsza mówiąc, chciałbyś, aby kropelki metanu były większe niż krople wody, które wytwarzają tęcze na Ziemi w stosunku do ich dyspersji. Wynika to z faktu, że kątowy rozkład wyjściowy zależy częściowo od długości ścieżki przez kropelki.

Carl Witthoft
źródło
Jakieś różnice w zakresie kolorów tęczy? Pamiętaj, że nie tylko forma deszczu może wytworzyć tęczę. Chmury Jowisza i innych planet również mogą.
Muze dobry Troll.
1
@Muze O ile dana cząsteczka (woda, metan lub inna) nie ma bardzo ostrej krawędzi absorpcji, zakres kolorów jest ograniczony tylko przez naszą zdolność siatkówki do rozróżniania długości fal.
Carl Witthoft
Tak, ale czy większość przezroczystych cieczy nie załamuje światła?
Muze dobry Troll.
@Muze są tutaj dwie rzeczy, które często się łączą i nie powinny. Podczas gdy załamanie oznacza po prostu zgięcie, rozproszenie oznacza zgięcie różnych kolorów w różny sposób. Gdybyś miał krople deszczu (lub pryzmaty) o niskiej dyspersji , nadal dostaniesz tęczę, ale byłaby biała. Co faktycznie dzieje się w celu zmniejszenia postrzeganego koloru w „białej tęczy” lub „mgle”? Carl i wielu innych może być przez to „niezadowolonych”, ale nadal by tam był, węższy i bardziej skoncentrowany, ale mniej kolorowy.
uhoh
1
@ uhoh tak, masz częściowo rację - wynik kątowy (nie tylko tłumaczenie) zależy od kąta wejścia i wyjścia większego niż wielkość kropli.
Carl Witthoft,