БПвБИ: бонусные материалы к прологу

Я обещал выкладывать научный и прочий бэкграунд книги "Большая пушка в Большой Игре", и я выкладываю. Итак, добро пожаловать в волшебный мир Чарийского Союза. Начнем с самых интригующих вопросов.

Почему небо голубое

Хотя пролог фактически представляет собой одну большую боевую сцену, декорации научно-фантастические. Что-то отличается от Земли, что-то нет. Все отличия и сходства мотивированы. К примеру, небо на обложке и в тексте зеленовато-голубое. А ведь солнце планеты – красный карлик. «Фантазии художников» насчет планет у красных карликов рисуют что-то такое:

На этой картинке как минимум два ляпа. 

Во-первых, закон квадрата-куба. Светимость зависит от массы в степени 4 для звезд немного легче Солнца и в степени 2.3 для звезд с массой менее чем 0.43 солнечной. Радиус «зоны жизни» зависит от светимости в степени 0.5, то есть, от массы – сильнее, чем линейно. Угловой размер зависит от расстояния линейно, то есть, от массы увеличивается сильнее, чем линейно. Зависимость радиуса звезды от массы довольно сложная, но для красных карликов ее можно считать почти линейной. Таким образом, для всех звезд, масса которых меньше, чем 0.43 солнечной, наблюдаемый с планеты в зоне жизни угловой размер светила будет примерно одинаковым. Зависимость в 0.15 степени дает изменение углового размера на 31% от самых легких красных карликов (М9.5) до самых тяжелых (М0). При изменении массы звезды более чем в 6 раз.

Но угловой размер Солнца, наблюдаемый с Земли, значительно меньше. Решающей оказывается та часть, где масса падает на 57%, а зона жизни сжимается более чем в 5 раз. Красные карлики со своих планет, являющихся условными двойниками Земли, будут иметь угловой размер в несколько раз больше, чем Солнце. Например, Проксима Центавра со своей планеты Проксима b выглядит в 3 раза больше, чем Солнце с Земли, поскольку радиус звезды в 7 раз меньше, чем радиус Солнца, а расстояние в 20 раз меньше, чем расстояние до Земли.

Во-вторых, раз уж карлик красный, любой настоящий художник считает своим долгом зафигачить красный фильтр. Но…

На самом деле красные карлики тоже не красные. Их видимый цвет – охристый. Температура фотосферы 2300-3850 К означает, что самые легкие из красных карликов соответствуют по спектру лампе теплого света, а свет самых тяжелых вообще считается нейтральным. То есть, не вызывает существенного искажения цветов по сравнению с солнечным. Конечно, то, что максимум спектра уже не в зеленой области, сильно меняет наиболее популярную пигментацию растений, а через них и животных. Но красный фильтр явно избыточен. Длинные волны синего и голубого цвета все еще достаточно хорошо представлены (относительно остального видимого диапазона), чтобы примерно тот же по составу воздух рассеивал их так же. Небо будет голубым, максимум зеленовато-голубым.

Почему трава черная

Теперь о пигментации растений. И, соответственно, странном цвете камуфляжа местных солдат. На Земле трава и листья имеют зеленый цвет, потому что фотосинтез осуществляется с помощью хлорофиллов а и б, имеющих минимум поглощения в зеленой части спектра. Максимум – в голубой и синей. Это не лучшая стратегия для теплого спектра красного карлика, но свет от оранжевого и ниже оба хлорофила тоже умеют поглощать.

Правда, хуже. Но существуют так называемые тенелюбивые растения, предпочитающие именно такой свет. Водоросли, мхи, лишайники, плауны, папоротники. Короче, палеозойская флора. Чтобы улавливать больше света, тенелюбивые растения используют широкие, тонкие и гладкие листья. В качестве адаптации к затемнению, некоторые водоросли становятся красными. Основным фотосинтезирующим пигментом все еще является хлорофилл, но он обильно разбавлен фикобилинами (красного и синего цвета) и каротиноидами (оранжево-желтого). Но максимум излучения красного карлика сильно сдвинут в ИК-диапазон, и местная эволюция будет пытаться использовать его. Подходящие для этого пигменты тоже существуют, правда, на Земле используются только анаэробными бактериями. Но альтернативная эволюция могла развивать класс растений несколько иначе. Исследование 2021 года экспериментально показало, что цианобактерии, умеющие синтезировать Хлорофилл d и Хлорофилл f, способны расти в условиях имитирующих спектр излучения красного карлика. Использующие эти пигменты растения в видимом свете будут казаться черными.