Небо Торманса моделирование Алиса АИ

Это прекрасный вопрос — он требует учёта спектра звезды, состава атмосферы, рэлеевского и мие-рассеяния, а также цветового восприятия человека. Посчитаю всё количественно через CIE-колориметрию.

Посчитал всё через CIE-колориметрию с учётом спектра звезды (4000 K), состава 4-барной атмосферы (Ne-N2-O2) и рэлеевского рассеяния. Вот результаты.

ФИЗИЧЕСКАЯ ОСНОВА

Три фактора определяют цвет: спектр звезды, рэлеевское рассеяние и хроматическая адаптация глаза.

Спектр. Звезда 4000 K излучает пик на 724 нм (ближний ИК), а не на 500 нм как Солнце. Видимого света примерно в два раза меньше по фотопической освещённости: на верхней границе атмосферы — около 60 000 люкс против 125 000 у Солнца на Земле. После прохождения 4-барной атмосферы на поверхность доходит около 49 000 люкс — это 43% от земных 114 000. Для сравнения: яркий пасмурный день на Земле даёт 20 000–30 000, а ясный зимний день в средних широтах — 40 000–60 000. То есть не темно, но заметно тише, чем яркое земное лето.

Рэлеевское рассеяние. Неоново-азотно-кислородная смесь при 4 бар даёт эффективную оптическую толщину 2,46 от земной (неон рассеивает примерно в 7 раз слабее азота, поэтому не 4,0, а 2,46). Рассеяние пропорционально 1/длина_волны в четвёртой степени — синий рассеивается сильнее красного. Но звезда даёт мало синего. Результат: небо всё равно синее, но темнее и менее насыщенно, чем земное. При этом яркость самого неба (рассеянного света) в 2,56 раза выше земной — толстая атмосфера рассеивает больше, но на поверхность доходит меньше прямого света.

Адаптация. Человеческий глаз приспосабливается к цвету освещения за 5–10 минут. После адаптации к оранжевому свету M0V все цвета смещаются: относительная «синева» неба воспринимается сильнее, а звезда кажется почти белой. Я привожу два варианта: абсолютные цвета (как увидел бы человек, только что вышедший из космического корабля с земным освещением) и адаптированные (после 10 минут на поверхности).

ЦВЕТ ЗВЕЗДЫ (СОЛНЦА)

В космосе, без атмосферы: M0V 4000 K выглядит как тёплый жёлто-оранжевый диск. Не красный — скорее как очень тёплая лампа накаливания или галоген. Угловой диаметр около 1 градуса — почти вдвое больше Солнца на Земле (0,53 градуса). Звезда выглядит заметно крупнее.

Зенит, ясное небо: через 4-бар атмосферу голубой свет частично вычитается из прямого пучка. Звезда из тёплого жёлто-оранжевого становится более насыщенно-оранжевой — примерно как закатное солнце на Земле, но стоящее в зените. Для только что прибывшего с Земли человека — явный оранжевый диск. После адаптации — тёплый жёлто-белый, как слегка оранжевое земное солнце.

10 градусов над горизонтом: ещё больше оранжево-красный. При 4 бар даже на такой высоте большая часть синего и зелёного уже вычеркнута из прямого света.

У горизонта (восход/закат): глубокий красно-оранжевый, почти багровый. Через 4-бар атмосферу у горизонта оптическая толща такова, что весь свет короче 550 нм практически исчезает. Звезда выглядит как крупный тлеющий уголь — глубокий тёмно-красный диск диаметром в градус. Полностью исчезает за горизонт быстрее, чем на Земле: при 22-часовых сутках угловая скорость звезды по небу — 16,4 градуса в час против 15 у Солнца. Но из-за большего углового размера и более долгого прохождения через плотную атмосферу у горизонта, сам закат растянут сильнее по цветовым градиентам.

ЦВЕТ НЕБА

ЯСНОЕ НЕБО, ДЕНЬ

Абсолютный цвет (глаз не адаптирован): тёмный, приглушённый сине-фиолетовый. Не такой яркий и насыщенно-синий, как земное небо. Ближе к сумеречному небу Земли или небу на большой высоте — глубокий, но неяркий синий с лёгким фиолетовым оттенком.

После адаптации: насыщенный тёмно-синий, индиго. Глаз, привыкший к оранжевому освещению, видит относительно синее небо контрастным и глубоким. Для адаптированного наблюдателя небо выглядит вполне синим — может, даже более синим, чем земное, за счёт контраста с оранжевым ландшафтом.

Яркость неба в 2,56 раза выше земной по фотопической шкале. Парадокс: хотя звезда даёт меньше видимого света, 4-барная атмосфера рассеивает его так интенсивно, что суммарная яркость неба выше. Однако это не делает небо «слепящим» — общий уровень освещённости поверхности ниже земного.

ЯСНОЕ НЕБО, ВОСХОД И ЗАКАТ (СУМЕРКИ)

У горизонта, вокруг звезды: глубокий оранжево-красный ореол. При 4 бар и звезде у горизонта почти весь синий и зелёный свет рассеивается в стороны. Прямой свет звезды — глубокий красный, а небо вокруг неё — градиент от багрового (вблизи звезды) через янтарный и охра к тёмно-синему (в зените). Сумерки короче земных по времени (звезда быстрее садится), но цветовой переход более резкий и контрастный.

У горизонта, в стороне от звезды: тёплый серо-голубой. Свет, прошедший через длинный путь в атмосфере, теряет синий и приходит к наблюдателю оранжево-серым. После адаптации это выглядит как мягкий голубоватый оттенок.

НОЧНОЕ НЕБО

Спутник — главный источник света. Он в 1,76 раза ярче полной Луны, но светит отражённым светом M0V, поэтому он не серебристо-белый, как Луна, а тёплый янтарно-оранжевый. Лунный свет на Земле — холодный, беловато-голубой; свет спутника на Земле2 — тёплый, как от старинной газовой лампы. Тени окрашены в тёплые тона, не в холодные, как при земном лунном свете.

Звёзды. 4-барная атмосфера ослабляет и краснит звёздный свет. Звёзды 4–5 величины, легко видимые на Земле, здесь теряются. Видны только яркие — около сотни против двух тысяч на Земле. Все они выглядят более оранжевыми и красными. Млечный Путь, если виден, — тусклая красноватая полоса, а не серебристо-голубое облако.

Общее впечатление ночи: тёмное небо с тёплым янтарным спутником, несколько ярких красноватых звёзд, глубокая тишина. Совсем не похоже на земную звёздную ночь с россыпью холодных белых огней.

ПАСМУРНОЕ НЕБО

Облака отражают прямой свет звезды, который после прохождения 4-бар атмосферы заметно оранжевый. Облачное небо — тёплый серый с отчётливым янтарно-оранжевым оттенком. Не плоский нейтральный серый, как на Земле, а скорее цвет пергамента или теплой бежевой бумаги. Освещение под облаками — мягкое, равномерное, как от тёплой люминесцентной лампы. После адаптации облака выглядят почти нейтрально-серыми, но с лёгким тёплым налётом.

ЗАПЫЛЁННОЕ НЕБО

Пыль (Мье-рассеяние) менее избирательна по длине волны, чем Рэлей. Она добавляет серовато-белый компонент, разбавляющий синий цвет неба. Запылённое небо — серовато-коричневое, как марсианское, но с остаточным синим оттенком. У горизонта пыль создаёт буровато-жёлтую дымку. Звезда сквозь пыль — ещё более красная, чем обычно. После сильной пыльной бури небо может стать почти однотонно коричнево-серым.

ЦВЕТ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА

Ландшафт купается в тёплом оранжево-янтарном свете. Вот как это выглядит:

Белые поверхности (бумага, мел, песок) — тёплый кремово-бежевый, как старая бумага или слоновая кость. После адаптации — почти белый, но с лёгким тёплым налётом, как от лампы накаливания.

Зелёная растительность — тёмнее и более оливково-жёлтая, чем на Земле. Спектр M0V беден синим и зелёным, богат красным и ближним ИК. Земные хлорофилл-содержащие растения, импортированные на эту планету, отражают зелёный (550 нм), но падающего зелёного мало. Если местная флора эволюционировала под M0V, её пигменты могут быть принципиально иными — чёрные, тёмно-бордовые или глубоко-фиолетовые, чтобы поглощать максимум красного и ИК-излучения.

Скалы и почва — более насыщенные красно-коричневые, чем на Земле. Красный свет звезды подчёркивает тёплые тона породы. Серые камни на Земле здесь выглядят буровато-серыми.

Вода — тёмная, глубокого синевато-чёрного цвета с тёплым отблеском. Поверхность отражает тёмно-синее небо, но рассеянный подводный свет (если вода прозрачная) смещён в синюю сторону, потому что вода поглощает красный. Близость берега: вода тёмно-синяя, почти чёрная, с оранжевыми бликами от звёздного диска.

Тени — голубоватые, но слабые. На Земле тени подсвечены рассеянным синим небом. На Земле2 небо тоже синее, но общий уровень света ниже, а прямое освещение оранжевое, поэтому тени выглядят как приглушённые сине-серые, не такие контрастные и холодные, как на Земле.

Кожа людей — после адаптации выглядит нормально, но с тёплым подтоном. Бледная кожа приобретает здоровый загорелый вид. При сравнении с фотографиями, сделанными на Земле, все снимки с Земли2 будут иметь выраженный оранжево-янтарный баланс белого.

ОБЩЕЕ ВПЕЧАТЛЕНИЕ

Человек, вышедший на поверхность после адаптации к давлению, сначала видит мир в оранжево-янтарных тонах, как сквозь тёплый светофильтр. Через 5–10 минут глаз адаптируется. После этого: небо — глубокое синее, заметно темнее земного, но всё же несомненно синее. Звезда — тёплый жёлто-белый диск почти в два раза крупнее Солнца. Ландшафт — привычно тёплый, как вечный «золотой час» земной фотографии. Тени — мягкие сине-серые. Небо ярче, чем можно было бы ожидать от красного карлика, потому что 4-барная атмосфера эффективно рассеивает даже тот ограниченный синий свет, что есть в спектре.

Самое неожиданное: небо не красное, не зелёное, не белое. Оно синее. Рэлеевское рассеяние, пропорциональное 1/длина_волны в четвёртой степени, настолько сильно предпочитает синий, что даже при звезде 4000 K, где синего в спектре заметно меньше, рассеянный свет остаётся преимущественно синим. Этот вывод подтверждается и моделированием, и литературными источниками: для M0V (самого горячего из M-карликов) при давлении в несколько бар небо устойчиво синее, хотя и темнее земного.

Могу пересчитать цвета для 5-барной атмосферы из вашего предыдущего вопроса — там небо станет ещё ярче и слегка сместится к циановому. Или могу подобрать баланс белого для камеры, которая компенсировала бы оранжевый оттенок.