TL;DR

Como dicen la mayoría de las otras respuestas, las plantas en este mundo probablemente serían de color púrpura, usando pigmentos fotosintéticos que operan en las mismas longitudes de onda que las bacterioclorofilas. La clorofila a y la clorofila b no recibirían tanta luz en la parte visible del espectro como la que reciben del Sol, lo que significa que las plantas verdes serían ineficientes y, por lo tanto, comparativamente raras. Es probable que incluso veamos pigmentos que operan principalmente en la porción infrarroja del espectro electromagnético.

¿Cómo es el espectro de una estrella?

El espectro general de una estrella, ignorando las líneas de emisión y absorción, se puede aproximar mediante la función de Planck , que describe el espectro de un cuerpo negro perfecto y depende únicamente de la temperatura de ese cuerpo. A partir de la función de Planck, podemos determinar cosas como la longitud de onda de la emisión máxima o la cantidad de luz de la estrella que es visible para los humanos.

La temperatura de la superficie del Sol es de aproximadamente 5800 Kelvin; una enana roja podría estar más cerca de 3000 Kelvin. Como tal, su espectro se ve un poco diferente: más débil y desplazado a longitudes de onda más largas. Esto favorece a los pigmentos con un pico de absorción en longitudes de onda más largas. Aquí hay una gráfica de dos espectros de cuerpo negro (que representan el Sol y una enana roja), normalizados para tener el mismo resplandor espectral máximo:

Un breve desvío: Líneas espectrales

Siéntete libre de saltarte esta sección si quieres; no está directamente relacionado con su pregunta, pero explica cómo se vería el espectro de una estrella.

Las estrellas no son cuerpos negros perfectos, pero resulta que las principales desviaciones del espectro de un cuerpo negro puro provienen de la composición de la atmósfera de la estrella, que no es uniforme. Hay hidrógeno, sí, y mucho, pero también elementos más pesados ​​como helio, silicio, hierro y magnesio. Los elementos conducen a la formación de líneas espectrales, que aparecen como depresiones y picos pronunciados en el espectro del cuerpo negro, que de otro modo sería uniforme. Estos no tienen un gran impacto en la luminosidad de la estrella, pero forman la base para distinguir los diferentes tipos de estrellas entre sí.

Las líneas espectrales varían en fuerza y ​​forma debido a una serie de factores:

• La temperatura de la estrella, que afecta la cantidad de cada elemento ionizado.
• La composición de la atmósfera estelar, que proporciona una línea de base para determinar si deberían aparecer ciertas líneas.
• La gravedad de la superficie de la estrella, que (junto con otros factores) puede hacer que las líneas espectrales sean más anchas.

En estrellas de tipo M como las enanas rojas, las bandas de óxido de titanio son fuertes; Como el óxido de titanio se descompone a temperaturas más altas, rara vez se ve con tanta claridad en estrellas más calientes como el Sol.

¿Qué hay de las nubes?

Dices que tu planeta está en gran parte cubierto de nubes, lo que podría tener un impacto en la luz que atraviesa. La cuestión es que esto depende en gran medida de la composición de las nubes. Las nubes de agua transmiten la luz de forma diferente a, por ejemplo, las nubes de dióxido de carbono. Parece que esta transmisión/dispersión depende (al menos débilmente) de la longitud de onda, y podría afectar las concentraciones de pigmento . Esto es algo a tener en cuenta si acabas desarrollando este mundo con más detalle.

¿Qué pigmentos fotosintéticos serán útiles?

Aquí llegamos al meollo de su pregunta. Una vez que tenemos el espectro de una estrella, podemos averiguar qué tipo de pigmentos fotosintéticos prosperarán en un planeta que la orbite. En la Tierra, los más exitosos de estos pigmentos son la clorofila ay la clorofila b, que tienen picos de absorción de cerca de 400 y 600 nanómetros, centrados alrededor del pico del espectro solar.

Ahora veamos cómo se comparan los espectros estelares con los espectros de absorción de diferentes pigmentos fotosintéticos. Obtuve datos de omlc.org para la clorofila A , la clorofila B y la bacterioclorofila a , y tracé sus espectros de extinción superpuestos sobre los espectros de las dos estrellas:

Tenga en cuenta los picos de absorción de las clorofilas cerca del pico del espectro solar. En estas longitudes de onda, hay poca emisión de la enana roja, lo que significa que las clorofilas no prosperarían alrededor de una estrella tan fría. La bacterioclorofila a, por otro lado, tiene picos de alrededor de 800 nm, más cerca de la longitud de onda del pico de emisión de la enana roja. Las bacterioclorofilas, así como los pigmentos relacionados que florecen en la parte púrpura del espectro visible y en longitudes de onda cercanas al ultravioleta, probablemente serían los pigmentos fotosintéticos dominantes en su mundo, lo que daría lugar a una flora mucho menos verde y mucho más púrpura.

Hablando de un hipotético planeta similar a la Tierra (más bloqueado por mareas), se parecería a algo como esto :

El planeta en sí se dividiría en 4 zonas, 3 de las cuales serían técnicamente inhabitables: un huracán perpetuo en el lado que da directamente a la luz solar, una zona crepuscular (atormentada por vientos interminables) y el bioma helado, que cubre prácticamente la otra mitad del planeta. La única zona habitable sería la zona de insolación indirecta, donde la vida podría prosperar y evolucionar, en un rango de temperatura que varía desde más de 104 °F en las regiones occidentales hasta incluso menos de 0 °F en la parte oriental.

Ahora, el ozono es el principal absorbente de los rayos UV. Si la capa fuera más gruesa que en la Tierra, entonces podría absorber todos los rayos UV. Menos rayos UV significa menos riesgos de cánceres de piel o insolaciones para nosotros los humanos, pero podría conducir gradualmente a nuestro cuerpo a una deficiencia de vitamina D (con los consiguientes niveles bajos de calcio). El aumento de los niveles de humedad podría hacer que el huracán ubicado en el punto de máxima insolación crezca y, por lo tanto, las temperaturas sean más extremas en la zona de transición "habitable" (siendo aún más húmedo el tropical y más frío el oriental).

Finalmente, en lo que respecta a la vegetación , sabemos que la clorofila en la mayoría de las plantas aquí en la Tierra absorbe la luz azul y roja, pero (¡sorprendentemente!) menos luz verde. Por lo tanto, la clorofila nos parece verde. El verde todavía se absorbe, pero menos que todos los demás colores. En un mundo de enanas rojas, dado que el pico de luz está más en el infrarrojo, las hojas intentarían capturar todos los fotones que pudieran, ya que requerirían una mayor cantidad de ellos para completar la fotosíntesis. Supongo que las hojas parecerían más oscuras (incluso negras) que aquí en la Tierra, pero no estoy muy seguro de eso. Ni siquiera creo que hubiera vida en los océanos tampoco, ya que la luz sería demasiado débil para penetrar el agua por debajo de los 10/20 metros.

El planeta tendría que estar más cerca de la estrella enana roja.

https://www.spaceanswers.com/solar-system/what-if-we-replaced-our-sun-with-a-red-dwarf/

Además, en la flora, las plantas serían de diferentes colores.

"Como resultado, los astrobiólogos han sugerido que las plantas fotosintéticas en los mundos que orbitan enanas rojas solitarias podrían adquirir tonos de rojo, azul, amarillo, púrpura o incluso negro grisáceo para absorber mejor la luz de las estrellas".

Las enanas rojas emiten menos luz y porque el planeta tiene que estar más cerca (que, por ejemplo, la distancia de la Tierra al sol) de la enana roja.

https://news.nationalgeographic.com/news/2011/04/110419-alien-trees-black-plants-planets-ras-space-science/

Sin embargo, también está el tema de las erupciones solares. Las enanas rojas emiten erupciones solares más poderosas que los soles. Con el planeta más cerca, estas erupciones fácilmente podrían matar toda la vida vegetal a menos que de alguna manera pudiera encogerse y esconderse durante estas erupciones.

https://www.universetoday.com/140302/una-enana-roja-explota-una-superllamarada-cualquier-vida-en-sus-planetas-tendría-un-muy-mal-día/

Cosas espectrales

Para el espectro de emisión de la estrella necesitarás dos fórmulas. Ley de Desplazamiento de Wiens [1] y Ley de Tablones [2].

Ley de desplazamiento de Wiens

$λmax = (2.898 * 10^{-3}/T)*10^9$

$T$= temperatura estelar en Kelvin

Obtenga la temperatura a través de esta fórmula.

$T = M^{0.505}$

$T$= temperatura estelar relativa al Sol (multiplicar por 5778 K)

$M$= masa estelar relativa al Sol

Ley de tablones

$Bλ(λ, T) = ((2*π*h*c^2)/λ^5)*(1/(e^{h*c/λ*kB*T}-1)$

Diviértete resolviendo esto. ;) O usa esta calculadora [3]

Atmósfera

Ha mencionado el vapor de agua, el ozono y el CO2 como gases de efecto invernadero. Si su objetivo es una atmósfera respirable humana, tenga en cuenta estos límites.

O2 = 0,16 - 0,5 atm, pero solo hasta el 35 % de la atmósfera (los incendios forestales desbocados lo mantendrán así de bajo)

O3 = 0,0000001 atm

Co2 = 0,02 atm (se vuelve incómodo a 0,005 atm)

Tenga en cuenta que el invernadero o la atmósfera de invernadero se utilizan para describir condiciones similares a las de Venus. No pareces apuntar a eso. Si quieres calcular el efecto invernadero en este mundo, tendré que detenerte allí mismo. Nada menos que una simulación de física de grado PHD le dará valores precisos. Pero tengo una lista de aproximaciones lineales derivadas de calcular cosas al revés. Estos no son de ninguna manera científicamente precisos, pero servirán para la construcción del mundo.

$H2O = 677 K/atm$

$O3 = 19600000 K/atm$

$CO2 = 13784 K/atm$

No permita que la temperatura de los planetas supere una temperatura promedio de 47 grados centígrados, ya que esto marca el comienzo de un efecto invernadero descontrolado [4] que conduce a condiciones similares a las de Venus. De nuevo, esto es solo un número aproximado. No debe bajar a una temperatura promedio de - 56,6 C ya que el CO2 se habrá congelado en este punto. Estos son los límites de la habitabilidad. Usar estos de una manera más elegante que calcular zonas habitables y dejar caer el planeta allí.

Obtendrá la temperatura de los planetas sin efecto invernadero [5] a través de la siguiente ecuación.

$T = (\frac{ L_{\odot}(1 - a)}{16 \pi d ^ 2 ơ}\;.)^{1/4}$

$L$= Luminosidad en Watts

Obtenido a través de

$L = M^3$($M$es relativo a Sol, Sol L es 3.828×10$^{26} W$)

$a$es el albedo de los planetas, [6] y [7] deberían ayudarte allí.

$σ = 5.670373 × 10^{−8} \;\mathrm{W}\; \mathrm{m}^{−2}\; \mathrm{K}^{−4}.$esta es la constante de Stefan-Boltzmann.

Dicho todo esto, estos formularios están sintonizados con una tierra como el sol y muchas cosas, como el albedo y los efectos invernadero de los gases, se verán alterados por la nueva clase espectral. Pero buscar algo más preciso es material para varios artículos científicos y no para una respuesta de SE.

Bloqueo de marea

Asumir que el planeta está bloqueado por mareas es sensato, pero el bloqueo por mareas no siempre significa que el mismo lado apunta hacia el sol. Mercurio es un ejemplo de un mundo bloqueado por mareas en una resonancia de órbita de espín superior a 1:1 [8]. A medida que aumenta la excentricidad de la órbita de los planetas bloqueados por mareas, las resonancias de rotación de la órbita más probables aumentan de 1: 1 a 3: 2 a 1: 2 a 5: 2. Solo tenga en cuenta que obtendrá fuertes "temporadas" basadas en la distancia a medida que aumenta la excentricidad. Simplemente ejecute la fórmula de temperatura para pericentro, apoapsis y apocentro. Dado que la excentricidad media de los exoplanetas descubiertos es de 0,3, las resonancias superiores a 1:1 parecen muy realistas y aumentan la habitabilidad.

Consideración adicional

Es muy probable que te hayas topado con el concepto de planeta globo ocular [9] durante tu investigación. Las fuentes y las personas que le brindan esta información no están actualizadas. Los planetas del globo ocular son un artefacto de las primeras simulaciones sin transferencia de calor oceánica y atmosférica. Habrá vientos fuertes y constantes que transportarán aire cálido desde el punto cercano al lejano. Las temperaturas en los lados de la noche y el día serán casi iguales. Y si hay un océano helado, el agujero libre de hielo no será redondo, tendrá forma de langosta. (Si quieres, iré a buscar fuentes, dímelo en los comentarios).

Las estrellas pequeñas como las enanas rojas tienden a ser estrellas variables, fulgurantes o UV-Ceti [10]. Pueden aumentar su luminosidad repentinamente en órdenes de magnitud. Imagina que el sol de repente se pone más caliente y brillante durante unas horas y verás el problema. No está claro si todas las estrellas pequeñas son variables, ya que se vuelven más tranquilas a medida que envejecen. Sin embargo, incluso se ha observado que la antigua estrella de Barnard brilla. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar la biosfera.

Plantas

Color

No hay una respuesta definitiva aquí, solo una jungla de posibilidades que podrían ser todas ciertas. Youtuber Artifexion hizo un video sobre el tema sugiriendo que las plantas usan la radiación máxima de su estrella para la fotosíntesis o la reflejan para usar la otra luz menos intensa [11]. En la tierra se usa el segundo enfoque, lo que resulta en plantas verdes. En los planetas enanos rojos, esto daría como resultado plantas negras, ya que querrían usar toda la luz. Si la estrella es variable, algún tipo de sistema biológico de advertencia de destellos, tal vez un detector UV y la capacidad de protegerse o sobrevivir al destello serán cruciales. Las plantas terrestres se verán más afectadas que las marinas. Así que enrollándose como Shameplants, excavando,

El primer enfoque es excelente, pero hay una gran advertencia. La bioquímica no es una caja de maravillas. La xenobiología puede contener muchas maravillas, pero parece poco probable un equivalente de clorofila para cada conjunto de longitudes de onda. Las plantas verdes de la Tierra realmente no usan toda la luz azul y roja, la clorofila ayb solo tienen espectros de absorción que cubren una parte de ambas longitudes de onda. Las diversas clorofilas c y clorofila d tienen otras longitudes de onda funcionales y existen varias bacterioclorofilas. Interesante para nuestros propósitos es la clorofila f descubierta recientemente, capaz de utilizar luz infrarroja con longitudes de onda entre 707 y 800 nm [12]. Esto conduciría a plantas que ignoran todo el espectro visible o solo usan algo de luz roja a través de la clorofila además de la luz infrarroja. Este tipo de vegetación puede ser blanca o azul-verde-metálica brillante respectivamente.

[1 ] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Wien's_displacement_law

[2 ] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Planck's_law

[3] http://www.spectralcalc.com/blackbody_calculator/blackbody.php

[4] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Runaway_greenhouse_effect

[5] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Planetary_equilibrium_temperature

[6] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Albedo

[7] https://youtu.be/y3Kb_ik5f-I

[8] http://www.skymarvels.com/infopages/vids/Mercury%20Spin-Orbit%20Resonance.htm

[9] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Eyeball_planet

[10] https://www.aavso.org/vsots_uvcet

[11] https://youtu.be/L9MNC45Jr6Q

[12] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_f

Hay un episodio de Stargate Universe que especula que una estrella enana roja daría lugar a plantas moradas .

Si el planeta está bloqueado por mareas con su estrella, entonces un lado siempre estaría frente a la estrella y el otro no recibiría luz. Esto crearía enormes diferencias de temperatura entre el lado que mira hacia la estrella y el lado que no mira hacia el sol. Como el aire caliente es menos denso, esto también crearía enormes diferencias de presión. Los vientos resultantes de estas diferencias de presión serían inmensos, así como un huracán constante en el medio del lado que mira a la estrella creado por una depresión perpetua. El suelo se erosionaría tanto por estos vientos que dudo que algún suelo apto para la vida vegetal permanezca en un área de temperatura Ricitos de Oro. Además, cualquier planta que crezca tendría que tener ramas y troncos gruesos y fuertes para resistir los vientos. Esto puede ser difícil de evolucionar,