太阳系各大星球白天到底有多亮?

[复制链接]
CHUNLAN789 发表于 2023-9-19 14:48:48|来自:北京 | 显示全部楼层 |阅读模式
据说在冥王星 太阳犹如天上的星星  白天最亮时却有傍晚那么亮
冥王星的那个照片 是没有经过调色的吗? 为什么那么亮
还有金星表面 实际白天看起来应该是多亮
全部回复1 显示全部楼层
Lx7159 发表于 2023-9-19 14:49:32|来自:北京 | 显示全部楼层
题主,你好,感谢邀请,但是仅凭我一个人的知识是无法帮助到你的。
要回答这个问题,你至少需要有光学、神经学、大气学以及理论物理学的综合知识。
我能帮助到你的只有澄清几个概念:1)光度;2)亮度;3)照度;4)星等。
<1>在天文学中,光度(luminosity)对应的是星体每单位时间内辐射出的总能量,也叫辐射通量,单位是瓦特(Watt)。这是一个与距离无关的物理量。度量不同形式的天体的光度,一般常用相比太阳光度来表示:,太阳的光度为
<2>亮度(luminance)是对于光在指定方向上传播的单位面积上的发光强度的光学度量。这是一个描述人眼对于发光物体或被照射物体表面的发光或反射光强度实际感受的物理量。
其物理表达式为:

其中,是光通量,是立体角,给定方向与单位面积元ds法线方向的夹角国际制的单位。
需要注意的就是,亮度和发光强度不是相同的物理指标。发光强度(Luminous intensity)描述单位立体角内的光通量(单位为lm/sr),考虑了人眼对不同波长可见光的响应。
<3>人眼观看到的天体的亮度实际上就是照度(Illuminance)。照度是每单位所接收到的光通量,对于同样光源而言,当光源的距离为原先的两倍时,照度减为原先的四分之一,这是一个与距离成平方反比的物理量,通常以视星等来度量。
<4>星等(magnitude,也作“视星等”,这是一个天文学术语,描述的是在天空中天体的相对亮度,在地球上看起来越明亮的星体,其视星等数值就越低。但是,一颗恒星或者天体的星等,取决于它离地球的距离、它本身的光度(即绝对星等)以及星际尘埃等多因素。
然而,在地外行星上考察白天的明亮程度,仅考虑母星的照度与星等还是不够的,因为不同天体上天空也会影响到视觉效果。根据行星体质不同,其大气疏密程度、化学成分可以引起天空颜色、透明程度的不同,也会影响云的形成。
下面这张是前NASA攻城狮Robert Frost在不同时间段内拍摄的地球天空:


图片来自
What color is the sky on Mars?地球天空的颜色依据太阳的位置、大气温度以及天空中尘埃的分布的不同而变化剧烈,而对比地球的天空,用肉眼识别火星的天空颜色要比想象的难度要大。火星探测器的相机主要是用来为科学家们扑捉高价值的数据,一般情况下镜头色彩是呈灰色的。当然通过不同的滤镜来表征多种波长的电磁波的亮度,科学家们可以利用电脑生成多组不同色彩的“相片”。然而,即便是加入颜色标尺来协助图片彩度的校正也很不容易,这是因为环境的光线会严重干扰到色彩标尺的辨识度。
火星天空中的尘埃可以改变环境颜色至橙红色、棕色或者焦黄色。而大气中的冰晶颗粒物可以导致紫色的出现。尘埃中的水分可以给与天空一点点粉色的装饰。如果冰晶和尘埃的含量很低,在太阳附近的天区会显得比较蓝。这是几种可能的颜色:


图片来自
What color is the sky on Mars?举上面这个例子只是想说明大气对于视觉的影响,人类真正通过照相直接观测到的地外天空就只有月空了。土卫六、火星和金星的天空图片都是通过让空间探测器着陆采集数据传输回地球的间接观测。对于那些还无法直接或者间接观测的地外异星天空,科学家们只能通过其大气成分来进行模拟。


图片来自
What colour is the sky on other planets?那么,如果不考虑大气成分的影响,只涉及到单纯的星等数据,可以看一下下表:


图片截至
Magnitude (astronomy)数值越负,代表照度越大。
那么根据这个数值,Youtube上的What Da Math频道就使用Space Engine软件进行了模拟,以下不负责预警,画质党请迅速远离战场,视频的源地址:
https://www.youtube.com/watch?v=ax2iCxp9JTQ(1)水星上的模拟日照:


相应的艺术假想图:


图片地址:
What The Sun Looks Like From Other Planets在水星上看太阳,其亮度要比地球上强3倍,之所以亮瞎了钛合金狗眼,主要原因是水星没有大气可以折射,而且离太阳最近。
(2)金星上的模拟日照:


之所以看不到太阳,原因是金星过厚的大气层,几乎将所有的阳光散射到各处。
到近金星轨道才能看清楚:


相应的艺术假想图:


图片地址:
What The Sun Looks Like From Other Planets(3)火星上的模拟日照:


跟地球上的没有什么不同,只不过因为火星上大气比较稀薄,因此光线的渗透程度大导致亮度要更加明显一些。
这是一张模拟的日落光景:


对比一下2005年Spirit Rover拍摄的火星日落:


图片来自
https://en.wikipedia.org/wiki/File:MarsSunset_losslesscrop.jpg模拟出来的效果还是不错的。
相应的艺术假想图:


图片地址:
What The Sun Looks Like From Other Planets(4)木星范围的模拟日照:
频道作者并没有直接在木星上降落,而是选择了木星的一颗卫星——木卫二进行观测:


当然因为木卫二没有大气,所以太阳的亮度比较明显,但是因为受到距离平方反比的影响,其照度也下降了不少。
相应的艺术假想图:


图片地址:
What The Sun Looks Like From Other Planets(5)土星的模拟日照:




水分与包括氨等气体的结晶折射了太阳光,导致了十分漂亮的如光晕等光学效应。因为土星离开太阳约10个天文单位,比地球距太阳的距离远了10倍。尽管阳光在土星上要比地球暗淡100倍,但是如果不带太阳眼镜的话,太阳还是过于耀眼而亮杀人眼。
相应的艺术假想图:


图片地址:
What The Sun Looks Like From Other Planets(6)天王星范围的模拟日照
这里视频的作者选择了天王星的卫星——天卫一
天卫一:


相应的艺术假想图:


图片地址:
What The Sun Looks Like From Other Planets(6)海王星范围的模拟日照
同样的,作者还是选择了海王星的卫星——海卫一。


与其他大型卫星不同,海卫一运行于逆行轨道,说明它是被海王星俘获的,海卫一是太阳系中被测量的最冷的天体,温度为38K,在将来,它将缓慢地经螺旋轨道接近海王星,当它到达洛希极限时最终将被海王星的引力撕开,因为海卫一存在稀薄的大气,所以光线看上去有限朦胧感。
相应的艺术假想图:


图片地址:
What The Sun Looks Like From Other Planets(6)冥王星的模拟日照


尽管冥王星距离太阳有将近40个天文单位,太阳光要照比地球上观测到的暗淡1600倍左右,但依旧地,太阳在冥王星上也要比满月的亮度高250倍。
相应的艺术假想图:


图片地址:
What The Sun Looks Like From Other Planets---------------------------------------------------------------------------------------------------
参考资料:
Magnitude (astronomy)Luminosity - Wikipedia
Luminous intensity
https://en.wikipedia.org/wiki/Extraterrestrial_skies
What the sky look like on other planets in the daytime? Would they also look blue or a different color based on the molecules present in their atmosphere? - Quora
What color is the sky on Mars?
The sky is blue on earth. What color is the sky on other planets in our solar system?
What The Sun Looks Like From Other Planets
https://www.youtube.com/watch?v=ax2iCxp9JTQ
What colour is the sky on other planets?

快速回帖

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则