¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

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oscar pazos
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Registrado: Lun Ene 27, 2014 2:47 pm

¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por oscar pazos »

Buenas tardes a todos. A ver si alguien puede ayudarme.

Estoy buscando referencias fiables de las temperaturas de emisión de los planetas del sistema solar asimilados a cuerpos negros. Ya tengo las temperaturas efectivas calculadas, lo que busco son las temperaturas observadas.

Gracias
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Pleione
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Registrado: Vie Sep 26, 2008 8:43 pm

Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por Pleione »

El problema que tienen la mayoría de los planetas para poder asimilarlos a
cuerpos negros es la atmósfera, que, además, varía mucho de unos
planetas a otros.

Mercurio es el único que se puede asimilar fácilmente a un cuerpo negro, pero
el resto no, porque la temperatura depende de lo profundo que mires en
la atmósfera. En general y salvo fenónemos exóticos en la alta atmósfera, cuanto
más profundo más temperatura, por aquello de la ecuación de los gases
ideales.

Por ejemplo, al nivel de superficie de Venus hay 90 atm. y del orden de
700K de temperatura, pero es que al nivel de 90 atm. de presión en
Júpiter hay como 400K o 500K con una cantidad de radiación solar 100 veces
menor. Las atmósferas de los planetas son muy complicadas, los fenómenos
convectivos son fundamentales y estudiarlas sólo desde el punto de vista
de energía radiada no lleva a gran cosa, lo que pasa es que esto es fácil
de hacer y modelizar fenómenos convectivos es la leche de complicado.

Dicho esto, hay datos de perfiles de temperaturas para los planetas a los que
se han enviado sondas que han penetrado. O sea, Venus, Marte, Júpiter
y Titán.

Para el resto de planetas habrá datos de sondeos de radiómetros que no
creo que sean muy fialbles más allá de la parte alta de la atmósfera, que no
es muy indicativa de nada, la parte alta de la atmósfera terrestre tiene
una temperatura bastante elevada, por ejemplo.

En general, estos datos hay que buscarlos en las misiones de sondas que
han estado por los planetas, no se pueden obtener de forma precisa con
observaciones desde la Tierra. En el ADS seguro que hay artículos con
datos fiables de sondeos de sondas planetarias, lo que no sé es si serán
públicos o no.

http://adswww.harvard.edu/
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oscar pazos
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Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por oscar pazos »

Gracias por la contestación tan rápida.

No sé si entiendo muy bien qué me quieres decir. ¿Que no existe ese dato? ¿Que es un invento arbitrario e inúitil?

Entiendo que para los planetas como Júpiter o Saturno, ni siquiera sea posible definir una superficie sólida, pero eso pasa igualmente en el Sol, que tampoco creo que sea una esfera simple. De todas formas, por su espectro electromagnético se puede determinar la temperatura que tendría un cuerpo negro de mismo radio (por muy convencional que sea la definición de superficie del Sol).

¿Qué dificultades hay para hacer esto mismo con los planetas? ¿Sea Venus o Neptuno?

Gracias de nuevo y un saludo..
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Pleione
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Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por Pleione »

El Sol no tiene 'superficie', pero en su mayor parte es tan denso que es opaco
a la radiación y el nivel de presión que es transparente para la radiación es
la fotosfera, que podemos considerar como su superficie a efectos de
radiación de cuerpo negro.

Las atmósferas de los planetas son transparentes a la radiación, al menos
lo son en zonas amplias, así que si calculamos una temperatura de
cuerpo negro a partir de toda la radiación que sale del planeta, realmente
no estamos midiendo la temperatura de nada en concreto. Estamos midiendo
una mezcla de muchas cosas.

En los planetas rocosos, podemos medir la temperatura de la superficie, pero
una parte de esa temperatura tiene que ver con energía interna, probáblemente
mucho en Venus, que tiene un formidable aislamiento en forma de atmósfera
super densa.

Si medimos la radiación que sale de Saturno y la ajustamos a un
cuerpo negro nos sale que radia más de lo que recibe del Sol .. ¿¿??
(Inestabilidad Kelvin-Helmholtz y energía latente de Helio)

Hay mecanismos muy exóticos funcionando por ahí. El concepto de
'temperatura de un planeta' es muy complejo y realmente faltan muchas
piezas aún en el 'puzzle'.

Debe haber datos (tomados por sondas que han entrado) de perfiles detallados
de temperatura por altura para Venus, Marte, Júpiter y Titán, que seguro que
tienen toda clase de cosas sorprendentes. Para el resto habrá aproximaciones a perfiles
de temperaturas (simulaciones y cosas de esas) y medidas de radiómetros que
luego se ajustan a temperatura de cuerpo negro, pero esos datos hay que
'cocinarlos' para eliminar efectos exóticos. En las estrellas es muy facilito (que
también hay extinción y otros efectos), pero en los planetas es un jaleo y cada
planeta es diferente.

Busca en ADS a ver qué encuentras, si hay algo fiable debe andar por ahí,
pero prepárate a ver todo tipo de 'cocinamientos' de los datos porque
el tema tiene mucha miga.
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Pepe Bosch
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Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por Pepe Bosch »

Abundo en lo comentado por Pleione. Los planetas tienen atmósfera y no se pueden modelizar bien porque no cumplen con la definición de cuerpo negro, a saber, aquél cuerpo que emite toda la radiación que absorbe. Modelizar para estrellas va bien, relativamente, porque éstas también tienen atmósfera y presentan fuertes bandas de absorción que modifican cualitativamente su espectro. Los planetas además están fríos en comparación con las estrellas y su emisión anda por el infrarrojo, en lo que a emisión térmica se refiere. Añádase a todo esto los mecanismos de emisión de luz.

La teoría del cuerpo negro fue la base teórica que le permitió a Planck desarrollar la mecánica cuántica al suponer que la luz se emite en forma de paquetes discretos de energía llamados cuantos. Pero no todo es así. En gases enrarecidos (con poca densidad) los espectros no responden a emisión de cuerpo negro (que varía con la cuarta potencia de la temperatura), sino no que son espectros de líneas discretas y que nos informan de los niveles cuantizados de la energía. En estrellas de neutrones, por ejemplo, debido al campo magnético tan intenso que hay, el espectro es el correspondiente a la radiación sincrotrón, que no tiene nada que ver con la del cuerpo negro.

Como te decía Pleione hay toda una cocina al gusto de cada cual para modelizar, todo depende de lo que estés observando, ya que la fenomenología de los espectros es muy variada y no hay un mecanismo común que explique como se genera la energía radiante.

Para acabar aún podríamos decir más en lo que al infrarrojo se refiere. En mi especialidad, física de los semiconductores, trabajamos en nanoestructuras cuánticas que emiten en esa banda del espectro, y los modelos son bastante complejos porque han de incorporar efectos cuánticos.

Pepe
oscar pazos
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Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por oscar pazos »

Hola de nuevo

Por favor, sin iros por las ramas, ¿podríais decirme si es cierto o falso que:?

1.- El Sol emite un espectro electromagnético que se puede hacer equivaler al de un cuerpo negro emitiendo a una temperatura dada.

2.- La temperatura a que se refiere 1 es de unos 5.670 ºK.

2.- La Tierra emite al espacio un espectro electromagnético que se puede asimilar al de un cuerpo negro.

3.- La temperatura de emisión de un cuerpo negro cuyo espectro sea semejante o equivalente al terrestre es de 288 ºK.

4.- Todos los planetas del Sistema Solar emiten un espectro electromagnético equivalente o similar al que emitiría un cuerpo negro a una temperatura dada.

5.- La afirmación 4 es falsa para los planetas jovianos.


Gracias. Supongo que ya entendéis cual es mi duda.
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Pleione
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Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por Pleione »

El Sol es una buena aproximación a un cuerpo negro y
la temperatura de cuerpo negro coincide bastante bien
con la temperatura de la fotosfera. Hasta aquí vamos bien.

Los planetas (excepto Mercurio) no se aproximan bien a cuerpos
negros.

El espectro de la Tierra ni siquiera es contínuo y tiene varios
'picos'. Se puede hacer un ejercicio de fe y pensar que eso
lo ha generado un cuerpo negro ... pero encaja mal. Hay mucho
margen para interpretar eso y para derivar de ahí una
temperatura, que no se corresponde con nada real en la Tierra.

La medida de temperatura global que se hace de la Tierra
por satélites (http://en.wikipedia.org/wiki/UAH_satell ... re_dataset)
sólo se fija en zonas específicas de la atmósfera, no observa
la Tierra de forma global como un cuerpo negro, porque no
lo es y no tiene utilidad considerarla así, es un ejercicio
teórico curioso, pero poco más.

Para el resto de planetas con atmósfera vale lo mismo que para
la Tierra. Debe haber por ahí (ADS) espectros tomados por las sondas
que han estado en los planetas, pero no sé si se podrá sacar algo útil de ahí,
debe haber mucho margen para posibles interpretaciones.
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oscar pazos
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Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por oscar pazos »

Gracias. Voy entendiendo...
GON
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Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por GON »

Hola Fernando. Ya que estamos, en el resto de pedruscos que andan sueltos por el sistema solar sin atmósfera, por qué no se pueden asignar a cuerpos negros?

Es evidente que habría que poder mirarlos sin la luz del sol reflejada, pero por qué un asteroide, satélite o los planetas lejanos sin atmósfera no se pueden considerar cuerpos negros?
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Pleione
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Registrado: Vie Sep 26, 2008 8:43 pm

Re: ¿temperaturas de emisión de planetas como cuerpo negro?

Mensaje por Pleione »

Realmente, hay muy pocas cosas que se puedan considerar
cuerpos negros. Los asteroides reflejan luz, radio y seguramente
que alguna otra cosa, así que 'negros' no son.

Otra cosa es que seamos capaces de 'restar' de lo que recibimos
de un asteroide la parte reflejada y quedarnos sólo con lo que
es emisión térmica de la superficie del asteroide. Si somos
capaces de hacer esto se podría aproximar la temperatura
de la superficie del asteroide usando la teoría de cuerpo negro,
pero eso no lo convierte en un cuerpo negro, es una chapuza
que hacemos para tratar de averiguar su temperatura con los
pocos datos que tenemos.

Lo de restar al espectro la parte reflejada no es algo trivial.

De todas formas, como los asteroides son pequeños no les
debería quedar energía residual interna (aunque seguro que hay
alguna sorpresa escondida por ahí), su temperatura depende sólo
de lo que reciben del Sol y es más fácil calcular la temperatura
que deberían tener antes que andar midiendo nada.

Salu2
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