Especificamente, excluindo o Sol e a Lua:
quanta energia, como a luz e outras frequências, atinge um ponto no espaço em média, se você somar todas as fontes como estrelas distantes, a Via Láctea, galáxias distantes, nebulosas etc.? Quão mais brilhante é o espaço do que a "escuridão perfeita", em média?
Digamos, desenvolvemos uma bateria solar mágica que possui 100% de eficiência, pode absorver todas as frequências eletromagnéticas, é esférica, totalmente omnidirecional e possui da superfície da seção transversal (raio de 56cm); nós a enviamos a meio caminho para o Proxima Centauri e medimos quanta energia ela produz - quantos watts obteríamos da bateria utilizando toda a luz das estrelas disponível?
Nota: Se "todas as frequências" não puderem ser obtidas com facilidade, a contrapartida luminosa aos valores radiantes estará correta (apenas levando em consideração o espectro visível).
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Respostas:
A densidade de energia eletromagnética é dominada pelo fundo cósmico de microondas e pelo fundo óptico / infravermelho. Esta resposta da Física SE , contém o gráfico abaixo, mostrando a contribuição da densidade de energia em diferentes frequências. Você pode integrar isso "a olho nu" para ver que a contribuição do CMB é a maior seguida de perto por um aumento óptico / IR.
Uma trama deνEuν (proporcional à densidade de energia por intervalo de frequência logarítmica), extraído de Hill et al. (2018)
O CMB é uma radiação aproximadamente isotrópica do corpo negro com uma temperatura de 2,73 K e, portanto, uma intensidade específica deEuν=2 hν3c21 1exp[ h ν/kBT] - 1 $
A integral disso em todas as frequências éu =8π5(kBT)415 ( h c)3= 4.2 ×10- 14 J m - 3
Em termos de poder, apenas multiplicamos porc para obter 1.3 ×10- 5 Wm- 2 .
Observe que você não pode aproveitar isso a menos que tenha um receptor mais frio que o CMB.
Você pode fazer um cálculo aproximado da contribuição da luz de fundo ótica observando que o céu escuro em um site astronômico bom e escuro é de cerca de 22 mag por arco quadrado de segundo na banda V. Somente cerca de 0,1-0,2 mag deste valor pode ser atribuído à poluição luminosa nos melhores locais astronômicos (ver, por exemplo, Benn e Ellison 2007 ). Observando que o ponto zero para a escala de magnitude da banda V é3.6 ×10- 12 Wm- 2 por angstrom para V= 0 e tomando a banda óptica como 3000 angstroms, e observando que existem 5.34×1011 segundos de arco quadrado no céu, um ponto no espaço receberá 10−5 Wm−2 (ou talvez cerca da metade disso, porque uma fração significativa do brilho do céu escuro é causada pelo brilho do ar).
Isso concorda aproximadamente com o que é mostrado na trama. Contribuições no infravermelho médio e em comprimentos de onda mais curtos que o óptico não contribuem significativamente.
Pode-se pensar que fontes discretas ou a Via Láctea podem contribuir mais, mas acho que não é esse o caso. O brilho da superfície da Via Láctea é apenas cerca de um fator três acima do brilho do céu escuro, mas é claro que ocupa uma pequena fração do céu total.
Uma maneira de ver que estrelas discretas não contribuem muito é notar que o fluxo óptico de todo o céu escuro é equivalente a cerca de 1000 estrelas de magnitude zero ou107 estrelas na 10ª magnitude. Ambos os números são mais altos em ordens de magnitude do que o número real de estrelas galácticas com esses brilhos.
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