TL;DR

Wie die meisten anderen Antworten sagen, wären die Pflanzen auf dieser Welt wahrscheinlich violett und verwenden photosynthetische Pigmente, die bei denselben Wellenlängen wie Bakteriochlorophylle arbeiten. Chlorophyll a und Chlorophyll b würden im sichtbaren Teil des Spektrums nicht so viel Licht erhalten wie von der Sonne, was bedeutet, dass grüne Pflanzen ineffizient und daher vergleichsweise selten wären. Wir würden wahrscheinlich sogar Pigmente sehen, die hauptsächlich im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums arbeiten.

Wie sieht das Spektrum eines Sterns aus?

Das Gesamtspektrum eines Sterns kann – abgesehen von Emissions- und Absorptionslinien – durch die Planck-Funktion angenähert werden , die das Spektrum eines perfekten schwarzen Körpers beschreibt und nur von der Temperatur dieses Körpers abhängt. Aus der Planck-Funktion können wir Dinge wie die Wellenlänge der Spitzenemission bestimmen oder wie viel vom Licht des Sterns für Menschen sichtbar ist.

Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt etwa 5800 Kelvin; ein Roter Zwerg könnte näher an 3000 Kelvin liegen. Als solches sieht sein Spektrum etwas anders aus - schwächer und zu längeren Wellenlängen verschoben. Dies begünstigt Pigmente mit einer Spitzenabsorption bei längeren Wellenlängen. Hier ist ein Diagramm von zwei Schwarzkörperspektren (die die Sonne und einen Roten Zwerg darstellen), die so normalisiert sind, dass sie dieselbe maximale spektrale Strahldichte haben:

Kleiner Abstecher: Spektrallinien

Fühlen Sie sich frei, diesen Abschnitt zu überspringen, wenn Sie möchten; Es steht nicht in direktem Zusammenhang mit Ihrer Frage, erläutert jedoch, wie das Spektrum eines Sterns aussehen könnte.

Sterne sind keine perfekten schwarzen Körper, aber es stellt sich heraus, dass die Hauptabweichungen von einem reinen schwarzen Körperspektrum von der Zusammensetzung der Atmosphäre des Sterns herrühren, die nicht einheitlich ist. Es gibt Wasserstoff, ja, und viel davon, aber auch schwerere Elemente wie Helium und Silizium und Eisen und Magnesium. Die Elemente führen zur Bildung von Spektrallinien, die als scharfe Einbrüche und Spitzen im ansonsten glatten Schwarzkörperspektrum erscheinen. Diese haben keinen großen Einfluss auf die Leuchtkraft des Sterns, bilden aber die Grundlage, um verschiedene Arten von Sternen voneinander zu unterscheiden.

Spektrallinien variieren in Stärke und Form aufgrund einer Reihe von Faktoren:

• Die Temperatur des Sterns, die beeinflusst, wie viel von jedem Element ionisiert wird.
• Die Zusammensetzung der Sternatmosphäre, die eine Grundlage dafür liefert, ob bestimmte Linien erscheinen sollten.
• Die Oberflächengravitation des Sterns, die (zusammen mit anderen Faktoren) Spektrallinien breiter machen kann.

In M-Typ-Sternen wie roten Zwergen sind Titanoxid- Banden stark; Da Titanoxid bei höheren Temperaturen zerfällt, ist es in heißeren Sternen wie der Sonne selten so deutlich zu sehen.

Wie wäre es mit Wolken?

Sie sagen, dass Ihr Planet weitgehend von Wolken bedeckt ist, was sich darauf auswirken könnte , welches Licht durchkommt. Die Sache ist, dass dies stark von der Zusammensetzung der Wolken abhängt. Wasserwolken übertragen Licht anders als beispielsweise Kohlendioxidwolken. Es scheint, dass diese Transmission/Streuung (zumindest schwach) wellenlängenabhängig ist und sich auf die Pigmentkonzentrationen auswirken könnte . Dies ist etwas, das Sie im Hinterkopf behalten sollten, wenn Sie diese Welt am Ende detaillierter entwickeln.

Welche photosynthetischen Pigmente sind nützlich?

Hier kommen wir zum Kern Ihrer Frage. Sobald wir das Spektrum eines Sterns haben, können wir herausfinden, welche Art von photosynthetischen Pigmenten auf einem Planeten gedeihen, der ihn umkreist. Auf der Erde sind die erfolgreichsten dieser Pigmente Chlorophyll a und Chlorophyll b, die Absorptionsspitzen nahe 400 und 600 Nanometer haben, die um die Spitze des Sonnenspektrums zentriert sind.

Sehen wir uns nun an, wie sich die Sternspektren im Vergleich zu den Absorptionsspektren verschiedener photosynthetischer Pigmente verhalten. Ich habe Daten von omlc.org für Chlorophyll A , Chlorophyll B und Bakteriochlorophyll a erhalten und ihre Extinktionsspektren aufgetragen, die den Spektren der beiden Sterne überlagert sind:

Beachten Sie die Absorptionsspitzen für die Chlorophylle nahe der Spitze des Sonnenspektrums. Bei diesen Wellenlängen gibt es nur wenige Emissionen des Roten Zwergs, was bedeutet, dass Chlorophylle um einen so kühlen Stern herum nicht gedeihen würden. Bacteriochlorophyll a hingegen hat Peaks um 800 nm, näher an der Wellenlänge der Peak-Emission des Roten Zwergs. Bakteriochlorophylle sowie verwandte Pigmente, die im violetten Teil des sichtbaren Spektrums und bei Wellenlängen im nahen Ultraviolett gedeihen, wären wahrscheinlich die dominierenden photosynthetischen Pigmente auf eurer Welt, was zu einer Flora führt, die viel weniger grün und viel violetter ist.

Apropos hypothetischer erdähnlicher Planet (plus Gezeitensperre) würde in etwa so aussehen :

Der Planet selbst würde in 4 Zonen unterteilt, von denen 3 technisch unbewohnbar wären: ein ewiger Hurrikan auf der dem direkten Sonnenlicht zugewandten Seite, eine Zwielichtzone (gequält von endlosen Winden) und das eisige Biom, das so ziemlich die andere Hälfte davon bedeckt Planet. Die einzige bewohnbare Zone wäre die Zone der indirekten Sonneneinstrahlung, in der das Leben in einem Temperaturbereich von über 104 ° F in den westlichen Regionen bis zu sogar weniger als 0 ° F im östlichen Teil gedeihen und sich entwickeln könnte.

Jetzt ist Ozon der Hauptabsorber von UV-Strahlen. Wenn die Schicht dicker wäre als auf der Erde, könnte sie potenziell alle UV-Strahlen absorbieren. Weniger UV-Strahlen bedeuten für uns Menschen ein geringeres Risiko für Hautkrebs oder Sonneneinstrahlung, aber es könnte unseren Körper allmählich zu einem Vitamin-D-Mangel (mit daraus resultierenden niedrigen Calciumspiegeln) führen. Erhöhte Feuchtigkeitswerte könnten dazu führen, dass der Hurrikan am Punkt der maximalen Sonneneinstrahlung größer wird und damit extremere Temperaturen in der Übergangszone "bewohnbar" (wobei die tropische noch feuchter und die östliche kälter wird).

Schließlich wissen wir, was die Vegetation betrifft, dass das Chlorophyll in den meisten Pflanzen hier auf der Erde blaues und rotes Licht absorbiert, aber (überraschenderweise!) weniger grünes Licht. Daher erscheint uns Chlorophyll grün. Grün wird immer noch absorbiert, aber weniger als alle anderen Farben. Auf einer roten Zwergwelt würden die Blätter versuchen, jedes Photon einzufangen, das sie könnten, da die Lichtspitze eher im Infrarotbereich liegt, da eine größere Menge von ihnen erforderlich wäre, um die Photosynthese zu vervollständigen. Ich schätze, Blätter würden dunkler (sogar schwarz) erscheinen als hier auf der Erde, aber da bin ich mir nicht so sicher. Ich glaube auch nicht, dass es Leben in den Ozeanen geben würde, da das Licht zu schwach wäre, um Wasser unterhalb von 10/20 Metern zu durchdringen.

Der Planet müsste näher am roten Zwergstern sein.

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

Auch auf Flora würden Pflanzen unterschiedlich gefärbt sein.

"Infolgedessen haben Astrobiologen vorgeschlagen, dass photosynthetische Pflanzen auf Welten, die einsame Rote Zwerge umkreisen, Farbtöne von Rot, Blau, Gelb, Lila oder sogar Grauschwarz annehmen könnten, um das Sternenlicht am besten zu absorbieren" (Von Link unten).

Rote Zwerge geben weniger Licht ab und weil der Planet näher (als zum Beispiel die Entfernung der Erde von der Sonne) am Roten Zwerg sein muss.

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

Es gibt aber auch das Problem der Sonneneruptionen. Rote Zwerge geben Sonneneruptionen ab, die stärker sind als die Sonnen. Da der Planet näher ist, könnten diese Fackeln leicht alle Pflanzen töten, es sei denn, sie könnten sich während dieser Fackeln irgendwie zurückziehen und verstecken.

https://www.universetoday.com/140302/ein-roter-zwerg-explodiert-von-einem-superflare-jedes-leben-auf-seinen-planeten-würde-einen-sehr-schlechten-tag-haben/

Spektrales Zeug

Für das Emissionsspektrum des Sterns benötigen Sie zwei Formeln. Wiens Verschiebungsgesetz [1] und das Brettergesetz [2].

Wiens Verschiebungsgesetz

$λmax = (2.898 * 10^{-3}/T)*10^9$

$T$= Sterntemperatur in Kelvin

Erhalten Sie die Temperatur über diese Formel.

$T = M^{0.505}$

$T$= Sterntemperatur relativ zu Sol (mit 5778 K multiplizieren)

$M$= Sternmasse relativ zu Sol

Brettergesetz

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

Viel Spaß beim Herausfinden. ;) Oder benutze diesen Rechner [3]

Atmosphäre

Als Treibhausgase haben Sie Wasserdampf, Ozon und CO2 genannt. Wenn Sie eine für Menschen atembare Atmosphäre anstreben, berücksichtigen Sie diese Grenzen.

O2 = 0,16 - 0,5 atm, aber nur bis zu 35 % der Atmosphäre (ausbrechende Waldbrände halten es so niedrig)

O3 = 0,0000001 atm

Co2 = 0,02 atm (wird unangenehm bei 0,005 atm)

Beachten Sie, dass Gewächshaus- oder Treibhausatmosphäre verwendet werden, um Venus-ähnliche Bedingungen zu beschreiben. Das scheinst du nicht anzustreben. Wenn Sie den Treibhauseffekt auf dieser Welt berechnen wollen, muss ich Sie genau dort aufhalten. Nichts weniger als eine PHD-Physiksimulation liefert Ihnen präzise Werte. Aber ich habe eine Liste von linearen Annäherungen, die aus der Rückwärtsberechnung abgeleitet wurden. Diese sind keinesfalls wissenschaftlich korrekt, aber sie werden für das Worldbuilding ausreichen.

$H2O = 677 K/atm$

$O3 = 19600000 K/atm$

$CO2 = 13784 K/atm$

Lassen Sie die Planetentemperatur nicht über eine durchschnittliche Temperatur von 47 Grad Celsius steigen, da dies den Beginn eines außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekts [4] markiert, der zu Venus-ähnlichen Bedingungen führt. Auch dies ist nur eine ungefähre Zahl. Eine Durchschnittstemperatur von - 56,6 C sollte nicht unterschritten werden, da CO2 zu diesem Zeitpunkt ausgefroren ist. Dies sind die Grenzen der Bewohnbarkeit. Diese zu verwenden ist viel eleganter, als bewohnbare Zonen zu berechnen und den Planeten dort abzusetzen.

Sie erhalten die Planetentemperatur ohne Treibhauseffekt [5] über die folgende Gleichung.

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

$L$= Leuchtkraft in Watt

Erhalten über

$L = M^3$($M$ist relativ zu Sol, Sol L ist 3,828 × 10$^{26} W$)

$a$ist die Albedo der Planeten, [6] und [7] sollten Ihnen dabei helfen.

$σ = 5.670373 × 10^{−8} \;\mathrm{W}\; \mathrm{m}^{−2}\; \mathrm{K}^{−4}.$dies ist die Stefan-Boltzmann-Konstante.

Alles in allem sind diese Formeln auf eine erdähnliche Sonne abgestimmt und viele Dinge wie Albedo und Treibhauseffekte der Gase werden durch die neue Spektralklasse verändert. Aber etwas Genaueres zu suchen, ist Material für mehrere wissenschaftliche Arbeiten und nicht für eine SE-Antwort.

Gezeitensperre

Es ist vernünftig anzunehmen, dass der Planet durch die Gezeiten blockiert ist, aber die Gezeitenblockierung bedeutet nicht immer, dass dieselbe Seite zur Sonne zeigt. Merkur ist ein Beispiel für eine gezeitengebundene Welt in einer Spin-Bahn-Resonanz von mehr als 1:1 [8]. Wenn die Exzentrizität der gezeitengebundenen Umlaufbahn der Planeten zunimmt, steigen die wahrscheinlichsten Spin-Bahn-Resonanzen von 1:1 auf 3:2 auf 1:2 auf 5:2. Beachten Sie jedoch, dass Sie mit zunehmender Exzentrizität starke entfernungsbasierte "Jahreszeiten" erhalten. Führen Sie einfach die Temperaturformel für Perizentrum, Apoapsis und Apozentrum aus. Da die durchschnittliche Exzentrizität entdeckter Exoplaneten bei 0,3 liegt, scheinen Resonanzen über 1:1 sehr realistisch und erhöhen die Bewohnbarkeit.

Zusätzliche Überlegung

Es ist sehr wahrscheinlich, dass Sie bei Ihren Recherchen dazu auf das Konzept eines Augapfelplaneten [9] gestoßen sind. Quellen und Personen, die Ihnen diese Informationen geben, sind nicht auf dem Laufenden. Die Kugelplaneten sind ein Artefakt früher Simulationen ohne ozeanische und atmosphärische Wärmeübertragung. Es wird starke, konstante Winde geben, die warme Luft vom nahen zum fernen Punkt tragen. Die Temperaturen auf der Nacht- und Tagseite werden nahezu gleich sein. Und wenn es einen zugefrorenen Ozean gibt, ist das eisfreie Loch nicht rund, sondern hummerförmig. (Wenn du willst, gehe ich auf Quellensuche, sag es mir in den Kommentaren.)

Kleine Sterne wie Rote Zwerge sind in der Regel variable Flare- oder UV-Ceti-Sterne [10]. Sie können ihre Leuchtkraft plötzlich um Größenordnungen steigern. Stellen Sie sich vor, die Sonne wird für ein paar Stunden plötzlich viel heißer und heller, und Sie sehen das Problem. Es ist nicht klar, ob alle kleinen Sterne variabel sind, da sie mit zunehmendem Alter ruhiger werden. Es wurde jedoch beobachtet, dass sogar der alte Barnards-Stern aufflackerte. Dies muss bei der Gestaltung der Biosphäre berücksichtigt werden.

Pflanzen

Farbe

Hier gibt es keine endgültige Antwort, nur einen Dschungel von Möglichkeiten, die alle wahr sein könnten. Der Youtuber Artifexion hat zu diesem Thema ein Video gedreht, in dem vorgeschlagen wird, dass Pflanzen entweder die Spitzenstrahlung ihres Sterns für die Photosynthese nutzen oder sie reflektieren, um das andere, weniger intensive Licht zu nutzen [11]. Auf der Erde wird der zweite Ansatz verwendet, der zu grünen Pflanzen führt. Auf roten Zwergplaneten würde dies zu schwarzen Pflanzen führen, da sie das gesamte Licht nutzen möchten. Sollte der Stern variabel sein, eine Art biologisches Flare-Warnsystem, vielleicht ein UV-Detektor und die Fähigkeit, sich gegen die Flare zu schützen oder sie zu überleben, werden entscheidend sein. Landpflanzen sind stärker betroffen als Meerespflanzen. So aufrollen wie Shameplants, graben,

Der erste Ansatz ist großartig, aber es gibt eine große Einschränkung. Biochemie ist keine Wunderkiste. Die Xenobiologie mag viele Wunder bergen, aber ein Chlorophyll-Äquivalent für alle Wellenlängen scheint unwahrscheinlich. Grüne Pflanzen der Erde nutzen nicht wirklich das gesamte blaue und rote Licht, Chlorophyll a und b haben nur Absorptionsspektren, die einen Teil beider Wellenlängen abdecken. Die verschiedenen Chlorophylle c und Chlorophyll d haben andere funktionelle Wellenlängen und es gibt verschiedene Bakteriochlorophylle. Interessant für unsere Zwecke ist das kürzlich entdeckte Chlorophyll f, das Infrarotlicht mit Wellenlängen zwischen 707 und 800 nm nutzen kann [12]. Dies würde dazu führen, dass Pflanzen das gesamte sichtbare Spektrum ignorieren oder neben dem infraroten Licht nur etwas rotes Licht über Chlorophyll nutzen. Diese Art von Vegetation könnte weiß bzw. leuchtend blau-grün-metallisch sein.

[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

Es gibt eine Folge von Stargate Universe, die spekuliert, dass ein roter Zwergstern zu violetten Pflanzen führen würde .

Wenn der Planet durch Gezeiten an seinen Stern gebunden ist, dann würde eine Seite immer dem Stern zugewandt sein und die andere würde kein Licht bekommen. Dadurch würden enorme Temperaturunterschiede zwischen der dem Stern zugewandten Seite und der der Sonne abgewandten Seite entstehen. Da heiße Luft weniger dicht ist, würden auch enorme Druckunterschiede entstehen. Die aus diesen Druckunterschieden resultierenden Winde wären immens, ebenso wie ein ständiger Hurrikan in der Mitte der dem Stern zugewandten Seite, der durch eine fortwährende Depression erzeugt wird. Der Boden würde durch diese Winde so stark erodiert, dass ich bezweifle, dass irgendein Boden, der für Pflanzen geeignet ist, in einem Goldlöckchen-Temperaturbereich verbleiben würde. Darüber hinaus müssten alle Pflanzen, die wachsen, dicke, starke Äste und Stämme haben, um dem Wind standzuhalten. Dies kann schwierig zu entwickeln sein,