Colore della vegetazione aliena

Bar Spazio Chiacchierate astronautiche
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Ragazzi ho una domanda curiosa. Spero di trovarmi nel topic adatto.
Sto scrivendo ormai da tempo, per mio diletto, un racconto di fantascienza, ma ho bisogno di alcune informazioni realistiche sul… colore.

In particolare ho bisogno di sapere di che colore sarebbero la vegetazione e il cielo su un pianeta analogo alla Terra (terraformato o comunque con caratteristiche simili, soprattutto per quanto riguarda la composizione atmosferica), ma che avesse una stella diversa dal sole: in particolare una stella rossa di classe M, una stella arancione di classe K, una stella bianca A e una stella azzurra B.
Mi sono già fatto un’idea consistente ma non vorrei scrivere castronerie.

Il Sole irraggia in massima parte sulla lunghezza d’onda del verde e guardacaso la vegetazione terrestre è verde. Ho letto che in una stella rossa la vegetazione sarebbe nera per sfruttare meglio le frequenze dell’infrarosso (abbondanti in quel tipo di stelle), mentre in una stella azzurra la vegetazione potrebbe essere a sua volta azzurra o violetta, magari bianca per riflettere l’eccedenza di raggi ultravioletti, con colori intermedi in caso di stelle un po’ meno calde (bianche tipo F o A) Ma anche li molto dipende dalle frequenze assorbite dall’atmosfera quindi il problema si complica…

Aiuto! :stuck_out_tongue_winking_eye:

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Domanda difficile. Cominciamo a dire che la vegetazione sulla Terra non è verde perchè il Sole è verde; la clorofilla riflette il verde, e usa il rosso. Infatti tante piante hanno foglie di sfumature diverse, e la luce usata è quella rossa. Vedere le foto delle piantagioni di cannabis in qualche villa, chi le coltiva lo sa benissimo :slight_smile:
Poi la nostra percezione di colore è assolutamente legata alla nostra vista, esseri sviluppatisi su stelle con spettri diversi “vedrebbero” spettri cromatici altrettanto diversi. Ad esempio, le api percepiscono l’UV che a noi non interessa (evolutivamente parlando) e gli uccelli vedono la polarizzazione della luce del cielo (orientamento).
Il problema delle piante vicino ad una nana M-qualcosa non dovrebbe porsi; vedresti le foglie quasi nere perchè non c’è molta luce verde-blu da riflettere.
Vicino a stelle con temperatura più elevata il problema sarebbe probabilmente di difendersi dagli UV. Anche qui ci potrebbero essere molti adattamenti evolutivi, posso immaginare che la maggiore disponibilità di energia a piccola lunghezza d’onda stimolerebbe l’evoluzione di pigmenti fotosintetici diversi, come nelle alghe blu (vedi https://it.wikipedia.org/wiki/Cyanobacteria). Quindi, forse, blu… o rosse se assorbono il verde, chissà.

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Senz’altro non è un caso.
Più complicato, almeno intuitivamente, capire perché venga sprecata (riflessa) proprio la frequenza di emissione di picco del Sole. Forse per evitare eccessivo assorbimento; forse perché altre frequenze sono meglio sfruttabili dalla biochimica delle piante. Che non usa solo il rosso ma anche il blu

Aspetta aspetta, sono stato ambiguo: intendo proprio chiedere come vedremmo noi quei colori. Non mi riferisco a esseri intelligenti alieni

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Evidentemente il processo che usa la luce rossa è più favorevole da un punto di vista energetico. La macchina chimica che scinde l’acqua è un sistema quantistico decisamente complesso, se non ricordo male devo essere assorbiti dodici fotoni per scindere H+ e OH-. Probabilmente l’energia degli stessi è critica , ma non sono un biochimico quantistico…

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Per quanto riguarda le nane rosse, la temperatura di colore di una nana rossa è circa quella di una lampadina a incandescenza, che a noi sembra giallo-bianca, quindi credo che i colori verdi o blu degli oggetti si vedrebbero comunque se ci fossero, così come si vedono dentro una stanza illuminata dalla suddetta lampadina…o no?

:flushed:

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Marco, per essere precisi le piante usano sia il rosso che il blu, a seconda dei ricettori, che sono importanti per le diverse fasi di crescita della pianta.
Il classico spettro di assorbimento nel visibile è questo:

Non a caso manca il terzo dei colori primari, che è appunto il colore non assorbito dalla clorofilla. Questo è il motivo per cui le piante sono verdi.
(reminiscenze di quando facevo il bio-rigenerativo e nelle architetture di missione usavo LED rossi e blu per l’illuminazione delle serre marziane)

Qui trovate lo spettro di assorbimento di ogni recettore delle varie clorofille.

Mentre cercavo un’immagine per linkare lo spettro di assorbimento della clorofilla, mi sono imbattuto in questo articolo: Che colore ha la clorofilla aliena?
Mi sembra che la conclusione dell’articolo penda per il verde come colore più probabile…

Domanda da ignorante: ma lo spettro di emissione dei vari tipi di stella cambia così tanto? Viste le alte temperature, non emettono più o meno tutte come un corpo nero?

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:thinking: :policeman: :policeman: :policeman: :policeman:

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Il che però non spiega perché proprio verdi. Se il picco del sole è nel verde, ci si aspetta che sia più efficiente assorbire quella frequenza, anziché rifletterla. Invece il tuo grafico mostra inequivocabilmente che la frequenza meno assorbita è esattamente quella del picco solare: a cavallo tra ciano e verde. Forse appunto per non assorbire troppi fotoni… per non “bruciare”… boh
ci deve essere un motivo evoluzionistico alla base, mi rifiuto di credere che sia una coincidenza

Domanda da ignorante: ma lo spettro di emissione dei vari tipi di stella cambia così tanto? Viste le alte temperature, non emettono più o meno tutte come un corpo nero?

Che io sappia cambia tantissimo. Le M emettono quasi tutto nell’infrarosso, le K nel rosso, le G nel verde, le F più su ancora nel blu, le A credo nel violetto, le B e le O in stragrande maggioranza nell’ultravioletto. Le curve di emissione sono diversissime tra loro. Del resto le temperature superficiali variano dai 3 mila agli oltre 20 mila gradi

Ho trovato questo pdf:
http://www.liceo-carducci.it/templates/downloads/cordelli/piante_extraterrestri.pdf

e questa pagina:
http://www.reikinet.it/visual_sottocat.php?titolo=NEWS&lin=1&ID_sottocat=3540&ID_cat_new=99

A prescindere dai colori ipotizzati, il concetto base che mi par di capire è: colori scuri per stelle fredde, per assorbire le frequenze infrarosse, colori chiari per stelle calde, per riflettere e non bruciare per il troppo irraggiamento

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Inoltre esistono anche foglie non solo verdi ma anche rosse… non mi arrischio a capire perché non essendo biologo…ma l’autunno ci può forse dare un suggerimento…

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Passo anch’io :stuck_out_tongue_winking_eye:

Non abbiamo ancora parlato del colore del cielo :ambulance:
Mi vien voglia di mandare una mail a qualcuno alla NASA o all’ESA :wastebasket:

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Riscrivo per chiarire: le stelle emettono come un corpo nero, il che fa sì che lo spettro cambi a seconda della temperatura superficiale, secondo la legge di Wien.
Per il Sole, la cui temperatura superficiale è circa 5800 k, il picco di emissione è circa a 500 nm, che è esattamente la linea di confine tra verde e blu. Questo però vale nello spazio, mentre le piante si trovano sulla superficie.

Se cerchi lo spettro solare sulla superficie terrestre, troverai che il risultato dell’atmosfera è che la luce solare è più o meno costante su tutto lo spettro del visibile. Quando la luce è indiretta invece, il picco è in effetti tra i 400 e i 470 nm, ovvero pienamente nel blu, per via della diffrazione nella parte alta dell’atmosfera. Questo potrebbe spiegare come mai il picco più alto di assorbimento della clorofilla è nel blu, ovvero per massimizzare l’energia anche quando la luce è indiretta (all’alba o al tramonto). Però non spiega come mai c’è un altro picco nel rosso…

Ora, cambiando la stella di origine, se sale la temperatura (stelle molto calde), il picco si sposta verso lunghezze d’onda più basse e va fuori dal visibile, ovvero nell’ultravioletto. Se scende la temperatura, il picco si sposta nell’infrarosso. Agli estremi quindi, avremo un picco di emissione fuori dalla luce visibile.

Tu giustamente dici che le piante potrebbero assumere un certo colore per non bruciare. Io tenderei invece a considerare che la vita si forma probabilmente dove non fa né troppo caldo né troppo freddo, e quindi punterei sul fatto che nell’evoluzione “vince” chi riesce ad assorbire energia in maniera più efficiente.

Senza considerare l’atmosfera, quindi, io punterei su piante che assorbono nell’infrarosso quando la stella è molto fredda (quindi piante di colore blu/viola) e invece piante che assorbono nell’ultravioletto quando la stella è molto calda (quindi piante di colore rosso).
Ma forse in effetti, visto che il picco è fuori dal visibile, il colore riflesso nel visibile potrebbe un qualunque colore in entrambi i casi…

Se invece vuoi considerare l’atmosfera, diventa più complicato, perché oltre alla tempratura della stella, devi anche considerare la composizione atmosferica e come questa influisce sulla luce che arriva alla superficie…

PS: ora che ho scritto il mio papello, vado a leggermi i papelli che hai linkato, che sono scritti da gente che sicuramente ne capisce più di me :slight_smile:

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Sul colore delle piante aliene c’era un bel articolo su Le Scienze qualche anno fa…

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Andrew, dal PDF che hai linkato:

...la fotosintesi non dipende dalla quantità dell'energia luminosa, ma dall'energia dei singoli fotoni e dal numero totale di fotoni che compongono la luce. I fotoni blu trasportano più energia rispetto a quelli rossi, che però sono emessi dal Sole in numero maggiore. Le piante sfruttano i fotoni blu per la loro energia e quelli rossi perché sono numerosi. Quelli verdi, che si trovano tra i rossi e i blu, non arrivano in numero sufficiente e non hanno energia appetibile. Quindi sono meno utili, e le piante si sono adattate ad assorbirne pochi.

Questo cambia tutto il discorso: non bisogna guardare dove sta il picco di potenza nello spettro di emissione, ma dov’è il massimo numero di fotoni…

Saltando poi alle conclusioni dell’articolo:

Quindi su pianeti di stelle di tipo F e K le piante potrebbero avere colori simili a quelli terrestri, ma con sottili variazioni. Per le stelle di tipo F il flusso di fotoni blu di alta energia è tanto intenso che le piante potrebbero aver bisogno di rifletterli con un pigmento simile all'antocianina, che darebbe loro una sfumatura blu. In alternativa, potrebbero aver bisogno di raccogliere solo il blu, scartando la luce dal verde al rosso. E questo produrrebbe un caratteristico bordo blu nello spettro della luce riflessa, che risulterebbe evidente al telescopio.

La gamma di temperature delle stelle di tipo M permette ampie variazioni nel colore delle piante aliene. Un pianeta in orbita intorno a una stella di tipo M in fase quiescente riceverebbe circa la metà dell’energia che la Terra riceve dal Sole. Anche se questa quantità è più che sufficiente - è circa 60 volte più grande rispetto al minimo necessario alle piante adattate a condizioni di ombra - la maggior parte dei fotoni sarebbe nell’infrarosso vicino. L’evoluzione potrebbe quindi favorire una maggior varietà di pigmenti fotosintetici, per poter raccogliere l’intera gamma della luce visibile e infrarossa. Dato che rifletterebbero poca luce, ai nostri occhi queste piante potrebbero addirittura apparire nere.

Molto interessante :nerd:

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Pour parler… non sono rare le piante con foglie rosse. Il mio vicino ha un mega albero a foglie rosse. Sono rosse tutto l’anno! Uno spettacolo… la razza é questa

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Grazie mille Buzz per la gentile e articolata disamina. Hai scritto cose molto interessanti su cui dovrò riflettere prima di… colorare la vegetazione nel mio racconto. :flushed:

Domanda: il secondo picco nel rosso della clorofilla è magari destinato a raccogliere i fotoni riflessi, che hanno (credo) una frequenza inferiore?
Anche se sarebbe più efficiente un secondo picco nell’infrarosso più che nel rosso… boh!

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Non lo faccio solo per te :stuck_out_tongue_winking_eye:
La domanda che hai posto è effettivamente molto stimolante e io sto passando il sabato pomeriggio in casa a badare a mia moglie con l’influenza. Quindi mi son messo a racimolare quel poco di cose che so e a cercare di mettere insieme i pezzi. Scrivere aiuta a fissare le idee in testa :wink:

I fotoni rossi hanno lunghezza d’onda superiore (620-750 nm), il che significa una frequenza inferiore, il che significa anche un’energia inferiore (Legge di Planck: E = hv, dove h è la costante di Boltzmann e v, leggi nu, è la frequenza).

Se il flusso di potenza è costante lungo lo spettro del visibile, significa che arrivano meno fotoni blu ad “alta” energia e più fotoni rossi a "bassa"energia.
Considerando però che la relazione con la frequenza è lineare, lo stesso dovrebbe valere per i fotoni verdi: arriveranno un numero medio di fotoni verdi con una energia “media”. Quindi il perché il verde non viene utilizzato non mi è chiaro del tutto.

Per quel che riguarda l’infrarosso, se guardi il grafico dello spettro di luce solare come ricevuto a terra, si vede che la potenza comincia a scendere fortemente oltre i 700 nm (qui trovi lo spettro anche fuori dal visibile). Significa che il flusso solare nell’infrarosso (ovvero lunghezze d’onda superiori ai 750 nm) è un bel po’ più basso e quindi le piante non si “disturbano” a cercare di trasformare l’energia proveniente da quei fotoni

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Per rendere le tue ricerche ancora più complicate, lasciando stare gli esopianeti mi sono concentrato sull’evoluzione sulla Terra.
Cercando “why doesn’t chlorophyll absorb green light” mi sono imbattuto in questa discussione:
Why did chlorophyl evolve to be green as opposed to black, which would absorb more energy?

Lì troverai parecchie risposte molto interessanti (funny enough, la prima in alto è la meno interessante IMHO).
Provando a riassumere, in sostanza la risposta alla domanda non la sa nessuno. Ci sono vare ipotesi:

  • La Terra viola: Sappiamo che i primi organismi (in ordine cronologico) in grado di assorbire energia dal sole erano viola, ovvero assorbivano il verde e riflettevano il blu e il rosso. A quanto pare, questi coprivano quasi tutto il pianeta. I secondi arrivati quindi, avevano molto “spazio” a disposizione nel blu e nel rosso. Essendo la fotosintesi clorofilliana molto più efficiente della fotosintesi di questi primi batteri, le piante avrebbero poi preso il sopravvento.

  • La profondità del mare: Sappiamo che le prime piante si sono sviluppate in acqua. Nello spettro del visibile, il verde è il colore che viene assorbito più velocemente dall’acqua. Il che significa che andando in profondità arriva quasi solo luce blu, e anche un po’ di rosso, mentre di verde non ne arriva proprio.

  • La protezione dal Sole: Riflettere il verde funziona anche come forma di protezione in superficie, riducendo l’energia assorbita ed evitando quindi le bruciature. Perché in effetti, anche se le piante riflettono il verde in superficie, comunque assorbono l’85% della luce verde che le attraversa con le molecole più interne.

  • L’eccessiva complessità: un’altra teoria è che la fotosintesi è un processo talmente complicato che è improbabile che si siano formati altri sistemi simili ma con assorbimenti diversi. Quindi, una volta che se n’è formato uno che assorbiva il rosso e il blu, questo ha preso il sopravvento.

In sostanza quindi mi sembra che molto sia dovuto al caso. Se i primi a svilupparsi fossero stati dei batteri che assorbivano il blu, possibillmente oggi le piante sarebbero blu e assorbirebbero il verde e il rosso…
Insomma, per il tuo racconto mi sa che ti puoi sbizzarrire e scegliere il colore che vuoi :slight_smile:

Qui un paio di video in proposito:

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Vedo che siete andati avanti :slight_smile:
Aggiungerei solo un paio di cose. Alcune piante sono rosse per la presenza di pigmenti (carotenoidi e antociani). Non hanno funzione di fotosintesi, ma il rosso delle foglie autunnali dipende dai carotenoidi che si formano per degradazione della clorofilla.
Poi, il funzionamento della fotosintesi dipende da una macchina molecolare MOLTO complessa, e l’assorbimento dei fotoni è un fenomeno quantistico. Quindi la foglia assorbe solo quei fotoni che eccitano esattamente una risonanza molecolare. Se leggete https://it.wikipedia.org/wiki/Fotosintesi_clorofilliana vedete che ci sono due sistemi molecolari, che assorbono rispettivamente a 680 e 700 nm, al confine tra rosso e IR. Ho un mezzo sospetto che il blu possa essere assorbito eccitando una risonanza che poi fa emettere due fotoni a energia dimezzata - nel rosso. Verificherò.
Morale: ma fai le piante del colore che vuoi, che tutto è plausibile :slight_smile:

Per il cielo, come i ben informati sanno il colore azzurro del cielo terrestre dipende dalla diffusione di Raleigh da parte delle molecole dell’atmosfera. Su Marte sarebbe circa lo stesso, se non prevalesse l’ossido di ferro in sospensione; e poi la pressione è molto inferiore, per cui in assenza di polvere tende a essere nero. Su pianeti di altre stelle dipenderebbe principalmente dalla composizione dell’atmosfera.

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Sei sicuro del fatto che sia il verde il colore assorbito piú velocemente dall’acqua?

A me non risulta, sono istruttore di subacquea e di subacquea ci vivo, dunque un po’ di tempo sott’acqua lo passo :slight_smile:

Tutte le didattiche subacquee sono concordi nel dire che il primo colore a scomparire sott’acqua sia il rosso, seguito dall’arancione, giallo e solo in seguito verde e come facilmente immaginabile, per il ultimo é il blu, é per questo che se non usiamo illuminazione sott’acqua appare tutto blu in foto e video.

Non ho mai confermato questo dal punto di vista “teorico” in termini di spettometria o altro, ma basicamente é quello che insegniamo tutti i giorni.

Giá dai 5 metri il rosso scompare. Un po’ puó essere influenzato dalla posizione del sole e dall’avere piú o meno sospensione di particelle in acqua, siano esse sabbia, plancton… ma non si parla di grandi differenze.

Lo posso senz’altro confermare dal punto di vista pratico, per esempio nel nostro housereef abbiamo tantissime stelle marine verdi e rosse, a 10/12 m di profonditá, quelle verdi, appaiono chiaramente verdi, colore che si perde ben piú tardi, invece le rosse a quella profonditá appaiono marrone scuro/nere.

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Stavo per fare la stessa obiezione, ma l’amico Regulus mi ha preceduto esponendo (tra l’altro molto meglio) ciò che volevo scrivere io.