다른 행성에서는 무지개가 어떻게 나타날까요?

다른 행성들도 무지개를 만들 수 있습니까? 그 무지개는 어떻게 보일까요? 물 이외의 요소에서 비, 구름 또는 얼음이 무지개를 생성 할 수 있습니까?

planet atmospheric-effects

답변:

참고 1 : 적어도 111K의 온도에서 @JamesK의 대답 의 굴절률 1.27 (소스가 인용되지 않았기 때문에)을 확인했습니다. 추운 날 (90K)에는 지수가 올라가고 무지개는 지구의 크기에 가깝게 몇도 줄어들 것입니다.

메탄 공급원 :

https://refractiveindex.info/?shelf=organic&book=methane&page=Martonchik-liquid-111K 에서 온
액체 및 고체 메탄의 광학 상수 John V. Martonchik 및 Glenn S. Orton, Applied Optics Vol. 33, Issue 36, pp. 8306-8317 (1994) https://doi.org/10.1364/AO.33.008306
ResearchGate 에서 사용 가능
그리고 NASA를 통해 감사 mistertribs의 @에 대한 의견

물 공급원 :

https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?URI=ao-12-3-555
200nm ~ 200mm 파장 영역의 광학 상수
조지 M. 헤일과 Marvin R. Querry 1973 년 3 월 / Vol. 12, 3 번 / 응용 광학 555

이제 @CarlWitthoft 는 소스를 인용하지 않고 $n$ 대해 매우 다른 값을 가진 두 개의 레이블이없는 플롯 을 보여줍니다 .

주 2 : CarlWitthoft의 @ unsourced 주장 메탄 공로없이 할 수있는 가시 광선이 나타납니다 물보다 훨씬 낮은 분산이 있는지 확인합니다. 같은 축에 두 재료를 모두 그려 넣었으며 비교할 수 있습니다. 무지개는 색이 약간 다르게 퍼지지 만 무지개가 실망하지는 않습니다!

@JamesK의 답변 은 Titan이 액체 메탄 비에서 무지개를 볼 수 있다고 언급합니다.

1 , 2 , 3의 수학 사용 :

k = \frac{n_{d r o p l e t}}{n_{a t m o s p h e r e}}

$k = \frac{n_{droplet}}{n_{atmosphere}}$

α = \arcsin (\sqrt{\frac{r - k^{2}}{3}})

$\alpha = \arcsin\left(\sqrt{ \frac{r-k^2}{3} } \right)$

β = \arcsin (\frac{\sin α}{k})

$\beta = \arcsin\left( \frac{\sin\alpha}{k} \right)$

θ = 2 ϕ = 4 β - 2 \arcsin (k \sin β)

$\theta = 2\phi = 4\beta - 2\arcsin(k \sin \beta)$

$k=4/3\approx1.33$ $k=1.27$

다른 모든 것들도 조금 더 밝을 것입니다. 낙하 뒤쪽의 입사각이 클수록 프레 넬 반사가 약간 더 강해집니다.

출처

# 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()

— 어 오
소스

n

$n$

λ

$\lambda$

@CarlWitthoft "... 메탄이 (분산되지 않은) 경우 ..."유전체가 아닌 하나의 유전체 이름을 지정할 수 있습니까? 가시 파장에서의 분산은 UV에서의 흡수에서 비롯되며 원자 집합의 매우 보편적 인 속성입니다. "당신은 물보다 실질적으로 덜 분산"을 의미한다고 생각합니다.

— uhoh

메탄의 굴절률에 관해서는, 이것이 이용 될 수있다 (PDF)

— antispinwards

@mistertribs 감사합니다; 나는 그것을 내 대답에 포함시켰다.

— uhoh

무지개는 햇빛이 비를 통해 비칠 때 발생합니다. 이것은 태양계에서는 드물다. 비 (황산)는 금성의 구름 아래에서 충분히 흔할 수 있지만 태양은 없습니다. 반대로 화성에는 태양이 많이 있지만 비는없고 매우 희귀 한 구름 만 있습니다.

Titan에는 비가 내립니다 : 메탄 비. 메탄은 물보다 굴절률이 낮으며 (1.33 대신 1.27) 무지개를 약간 크게 만듭니다 (42-> 52 정도는 아님). 그러나 타이탄의 대기는 흐릿하고 표면에 약간의 빛이 있지만 태양의 원반은 보이지 않습니다.

가스 거인의 일부 층에는 비가 있지만 태양이 보이는 외부 층에는 다시 비가 없습니다.

무지개가 흔한 현상 인 태양계에서 지구가 유일한 곳일 가능성이 높습니다.

— 제임스 K
소스

어쩌면 그들은 거기에 있지만 우리는 그들을 볼 수 없습니다. 태양, 지구 궤도 외부의 행성 및 관측자는 대기의 태양으로부터 무지개를 생성하는 데 필요한 40도 각도를 결코 가지지 않기 때문입니다.

— 좋은 트롤을 뮤즈하십시오.

예. 무지개가 저속한 곳은 지구뿐입니다. 다른 천체는 또한 화학 물질의 안개 나 증기가 있고 충분한 햇빛이있는 무지개를지지 할 수 있어야하지만 그러한 기준은 거의 충족되지 않습니다.

— Max0815

n

$n$

@CarlWitthoft 분산이 낮거나 확산이 혼란 스러우면 여전히 무지개가 있지만 덜 화려합니다. 분산을 멈출 수는 있지만 굴절을 멈추지 않습니다 ! 참조 ? 실제로 '흰 무지개 "또는"안개 나비 "의 인식 색상을 줄이기 위해 어떻게됩니까

— uhoh

이 차트를 살펴보십시오. 메탄은 빠른 검색에서 가장 잘 찾을 수 있지만 가시 파장 대역에서의 분산은 물 값의 일부에 불과합니다.

무지개의 존재는 물질이 다른 파장을 다른 양으로 '구부리는'능력에 달려 있기 때문에 메탄은 적어도 만족스럽지 못한 무지개를 생성한다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 그것은 심지어 당신이 프리즘 효과를 얻기 위해 적절한 크기의 메탄 방울을지지하는 분위기를 가지고 있다고 가정합니다.

대략적으로 말하면, 메탄 방울이 분산 비율에 따라 지구에 무지개를 생성하는 물방울보다 더 커지기를 원할 것입니다. 각도 출력 스프레드는 액 적을 통한 경로 길이에 부분적으로 의존하기 때문입니다.

— 칼 위토 프트
소스

무지개의 색상 범위에 차이가 있습니까? 비의 형태 만이 무지개를 만들 수 있다는 점을 명심하십시오. 목성과 다른 행성의 구름도 가능합니다.

— 좋은 트롤을 뮤즈하십시오.

@Muze 문제의 분자 (물, 메탄 또는 기타)가 극심한 흡수 가장자리를 가지지 않는 한, 색상 범위는 파장을 식별하는 망막 능력에 의해서만 제한됩니다.

— Carl Witthoft

예. 그러나 대부분의 투명한 액체는 빛을 굴절하지 않습니까?

— 좋은 트롤을 뮤즈하십시오.

@ Muze 여기에 종종 덩어리가되는 두 가지가 있으며, 그렇게해서는 안됩니다. 굴절 은 굽힘을 의미 하지만 분산 은 다른 색상을 다르게 굽히는 것을 의미합니다. 분산도 가 낮은 빗방울 (또는 프리즘) 이있는 경우 여전히 무지개가 표시되지만 흰색이됩니다. "? 무슨 일이 실제로 '흰 무지개"또는 "안개 활에 인식 색상을 줄이기 위해 어떻게 칼과 많은 다른 사람들이있을 수 있습니다"그것으로 "만족하지만 여전히, 좁고 더 집중 미만 다채로운 될 것입니다.

— uhoh를

@uhoh 네, 부분적으로 옳습니다. 각 출력 (번역뿐만 아니라)은 액적 크기보다 더 큰 입구 및 출구 각도에 따라 다릅니다.

— Carl Witthoft