Jak pojawiłyby się tęcze na innych planetach?

Czy inne planety są w stanie wytwarzać tęcze? Jak wyglądałyby te tęcze? Czy deszcz, chmury lub lód z elementów innych niż woda mogą wytwarzać tęcze?

Powiązane: /space/34357/rainbow-space-probe

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:

• https://refractiveindex.info/?shelf=organic&book=methane&page=Martonchik-liquid-111K, który pochodzi z
• Stałe optyczne ciekłego i stałego metanu John V. Martonchik i Glenn S. Orton, Applied Optics Vol. 33, Issue 36, str. 8306-8317 (1994) https://doi.org/10.1364/AO.33.008306
• dostępne w ResearchGate
• i za pośrednictwem NASA dzięki komentarzowi @ mistertribs

Źródło wody:

• https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?URI=ao-12-3-555
• Optyczne stałe wody w regionie długości fali 200 nm do 200 mm
• George M. Hale i Marvin R. Querry marzec 1973 / t. 12, nr 3 / ZASTOSOWANE OPTYKI 555

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!

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

Używanie matematyki z 1 , 2 , 3 :

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

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

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()

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.

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.

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.