太陽系各大星球白天到底有多亮?
據說在冥王星 太陽猶如天上的星星 白天最亮時卻有傍晚那麼亮
冥王星的那個照片 是沒有經過調色的嗎? 為什麼那麼亮
還有金星表面 實際白天看起來應該是多亮
題主,你好,感謝邀請,但是僅憑我一個人的知識是無法幫助到你的。
要回答這個問題,你至少需要有光學、神經學、大氣學以及理論物理學的綜合知識。
我能幫助到你的只有澄清幾個概念:1)光度;2)亮度;3)照度;4)星等。
&<1&>在天文學中,光度(luminosity)對應的是星體每單位時間內輻射出的總能量,也叫輻射通量,單位是瓦特(Watt)。這是一個與距離無關的物理量。度量不同形式的天體的光度,一般常用相比太陽光度來表示:,太陽的光度為。
&<2&>亮度(luminance)是對於光在指定方向上傳播的單位面積上的發光強度的光學度量。這是一個描述人眼對於發光物體或被照射物體表面的發光或反射光強度實際感受的物理量。
其物理表達式為:
其中,是光通量,是立體角,給定方向與單位面積元ds法線方向的夾角國際制的單位。
需要注意的就是,亮度和發光強度不是相同的物理指標。發光強度(Luminous intensity)描述單位立體角內的光通量(單位為lm/sr),考慮了人眼對不同波長可見光的響應。
&<3&>人眼觀看到的天體的亮度實際上就是照度(Illuminance)。照度是每單位所接收到的光通量,對於同樣光源而言,當光源的距離為原先的兩倍時,照度減為原先的四分之一,這是一個與距離成平方反比的物理量,通常以視星等來度量。
&<4&>星等(magnitude),也作「視星等」,這是一個天文學術語,描述的是在天空中天體的相對亮度,在地球上看起來越明亮的星體,其視星等數值就越低。但是,一顆恆星或者天體的星等,取決於它離地球的距離、它本身的光度(即絕對星等)以及星際塵埃等多因素。
然而,在地外行星上考察白天的明亮程度,僅考慮母星的照度與星等還是不夠的,因為不同天體上天空也會影響到視覺效果。根據行星體質不同,其大氣疏密程度、化學成分可以引起天空顏色、透明程度的不同,也會影響雲的形成。
下面這張是前NASA攻城獅Robert Frost在不同時間段內拍攝的地球天空:
圖片來自What color is the sky on Mars?
地球天空的顏色依據太陽的位置、大氣溫度以及天空中塵埃的分布的不同而變化劇烈,而對比地球的天空,用肉眼識別火星的天空顏色要比想像的難度要大。火星探測器的相機主要是用來為科學家們撲捉高價值的數據,一般情況下鏡頭色彩是呈灰色的。當然通過不同的濾鏡來表徵多種波長的電磁波的亮度,科學家們可以利用電腦生成多組不同色彩的「相片」。然而,即便是加入顏色標尺來協助圖片彩度的校正也很不容易,這是因為環境的光線會嚴重干擾到色彩標尺的辨識度。
火星天空中的塵埃可以改變環境顏色至橙紅色、棕色或者焦黃色。而大氣中的冰晶顆粒物可以導致紫色的出現。塵埃中的水分可以給與天空一點點粉色的裝飾。如果冰晶和塵埃的含量很低,在太陽附近的天區會顯得比較藍。這是幾種可能的顏色:
圖片來自What color is the sky on Mars?
舉上面這個例子只是想說明大氣對於視覺的影響,人類真正通過照相直接觀測到的地外天空就只有月空了。土衛六、火星和金星的天空圖片都是通過讓空間探測器著陸採集數據傳輸回地球的間接觀測。對於那些還無法直接或者間接觀測的地外異星天空,科學家們只能通過其大氣成分來進行模擬。
圖片來自What colour is the sky on other planets?
那麼,如果不考慮大氣成分的影響,只涉及到單純的星等數據,可以看一下下表:
圖片截至Magnitude (astronomy)
數值越負,代表照度越大。
那麼根據這個數值,Youtube上的What Da Math頻道就使用Space Engine軟體進行了模擬,以下不負責預警,畫質黨請迅速遠離戰場,視頻的源地址:https://www.youtube.com/watch?v=ax2iCxp9JTQ
(1)水星上的模擬日照:
相應的藝術假想圖:
圖片地址:What The Sun Looks Like From Other Planets
在水星上看太陽,其亮度要比地球上強3倍,之所以亮瞎了鈦合金狗眼,主要原因是水星沒有大氣可以折射,而且離太陽最近。
(2)金星上的模擬日照:
之所以看不到太陽,原因是金星過厚的大氣層,幾乎將所有的陽光散射到各處。
到近金星軌道才能看清楚:
相應的藝術假想圖:
圖片地址:What The Sun Looks Like From Other Planets
(3)火星上的模擬日照:
跟地球上的沒有什麼不同,只不過因為火星上大氣比較稀薄,因此光線的滲透程度大導致亮度要更加明顯一些。
這是一張模擬的日落光景:
對比一下2005年Spirit Rover拍攝的火星日落:
圖片來自https://en.wikipedia.org/wiki/File:MarsSunset_losslesscrop.jpg
模擬出來的效果還是不錯的。
相應的藝術假想圖:
圖片地址:What The Sun Looks Like From Other Planets
(4)木星範圍的模擬日照:
頻道作者並沒有直接在木星上降落,而是選擇了木星的一顆衛星——木衛二進行觀測:
當然因為木衛二沒有大氣,所以太陽的亮度比較明顯,但是因為受到距離平方反比的影響,其照度也下降了不少。
相應的藝術假想圖:
圖片地址:What The Sun Looks Like From Other Planets
(5)土星的模擬日照:
水分與包括氨等氣體的結晶折射了太陽光,導致了十分漂亮的如光暈等光學效應。因為土星離開太陽約10個天文單位,比地球距太陽的距離遠了10倍。儘管陽光在土星上要比地球暗淡100倍,但是如果不帶太陽眼鏡的話,太陽還是過於耀眼而亮殺人眼。
相應的藝術假想圖:
圖片地址:What The Sun Looks Like From Other Planets
(6)天王星範圍的模擬日照
這裡視頻的作者選擇了天王星的衛星——天衛一
天衛一:
相應的藝術假想圖:
圖片地址:What The Sun Looks Like From Other Planets
(6)海王星範圍的模擬日照
同樣的,作者還是選擇了海王星的衛星——海衛一。
與其他大型衛星不同,海衛一運行於逆行軌道,說明它是被海王星俘獲的,海衛一是太陽系中被測量的最冷的天體,溫度為38K,在將來,它將緩慢地經螺旋軌道接近海王星,當它到達洛希極限時最終將被海王星的引力撕開,因為海衛一存在稀薄的大氣,所以光線看上去有限朦朧感。
相應的藝術假想圖:
圖片地址:What The Sun Looks Like From Other Planets
(6)冥王星的模擬日照
儘管冥王星距離太陽有將近40個天文單位,太陽光要照比地球上觀測到的暗淡1600倍左右,但依舊地,太陽在冥王星上也要比滿月的亮度高250倍。
相應的藝術假想圖:
圖片地址:What The Sun Looks Like From Other Planets
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參考資料:
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?
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