Gdyby potężna burza słoneczna uderzyła dziś w Ziemię, zniszczyłaby technologię i zabrałaby nas z powrotem do mrocznych czasów. Na szczęście dla nas takie zdarzenia są niezwykle rzadkie. Ale cztery miliardy lat temu niesamowita pogoda kosmiczna mogła być na porządku dziennym. Tylko zamiast apokalipsy stworzyła życie. Taki jest zdumiewający wniosek z badań opublikowanych niedawno w Nature Geosciences. Opiera się na wcześniejszych odkryciach dotyczących młodych gwiazd podobnych do Słońca dokonanych przez teleskop kosmiczny Keplera. Okazało się, że młode luminarze są wyjątkowo niestabilne i uwalniają niesamowitą ilość energii podczas „słonecznych superflar”. Dla porównania, nasza najdziksza pogoda kosmiczna będzie wyglądać jak mżawka.
Władimir Hayrapetyan z NASA wykazał, że gdyby nasze słońce było tak aktywne przez 4 miliardy lat, mogłoby to uczynić Ziemię bardziej nadającą się do zamieszkania. Według modeli Hayrapetyana, kiedy super rozbłyski słoneczne rozwinęły naszą atmosferę, zainicjowały one reakcje chemiczne, które przyczyniły się do gromadzenia się gazów cieplarnianych i innych niezbędnych do życia składników.
„Przez cztery miliardy lat Ziemia musiała być głęboko zamarznięta” - mówi Hayrapetyan, odnosząc się do „paradoksu słabego młodego słońca” sformułowanego po raz pierwszy przez Carla Sagana i George'a Mullena w 1972 roku. Paradoks pojawił się, gdy Sagan i Mullen zdali sobie sprawę, że Ziemia ma ślady wody w stanie ciekłym 4 miliardy lat temu, ale Słońce było o 30% słabsze. „Jedynym sposobem wyjaśnienia tego jest włączenie efektu cieplarnianego” - powiedział Hayrapetyan.
Kolejną tajemnicą związaną z młodą Ziemią jest to, jak pierwsze cząsteczki biologiczne - DNA, RNA i białka - zebrały wystarczającą ilość azotu, aby się uformować. Tak jak dzisiaj, atmosfera starożytnej Ziemi składała się głównie z obojętnego azotu (N2). Chociaż specjalne bakterie, „utrwalacze azotu”, zorientowały się, jak rozkładać N2 i przekształcać go w amoniak (NH4), wczesna biologia nie posiadała tej zdolności.
Nowe badanie oferuje eleganckie rozwiązanie obu problemów w postaci pogody kosmicznej. Badania rozpoczęły się kilka lat temu, kiedy Hayrapetyan badał aktywność magnetyczną gwiazd w bazie danych Keplera. Odkrył, że gwiazdy typu G (jak nasze Słońce) są w młodości jak dynamit: często uwalniają impulsy energii odpowiadające 100 bilionom bomb atomowych. Najsilniejsza burza geomagnetyczna, jakiej doświadczyli ludzie i która spowodowała omdlenia na całym świecie, wydarzenie w Carrington z 1859 roku, blednie w porównaniu.
„To ogromna ilość energii. Trudno mi to sobie wyobrazić”- mówi Ramses Ramirez, astrobiolog z Cornell University, który nie był zaangażowany w badanie, ale pracuje z Hayrapetyanem.
Bardzo szybko Hayrapetyan dotarł do wniosku, że może wykorzystać to odkrycie do przyjrzenia się wczesnej historii Układu Słonecznego. Obliczył, że 4 miliardy lat temu nasze Słońce mogło co kilka godzin emitować dziesiątki superflar, a jeden lub więcej z nich mogło codziennie uderzać w pole magnetyczne. „Można powiedzieć, że Ziemia jest nieustannie atakowana przez gigantyczne wydarzenia w Carrington” - mówi.
Korzystając z modeli numerycznych, Hayrapetyan wykazał, że superbłyski słoneczne muszą być wystarczająco silne, aby drastycznie ścisnąć ziemską magnetosferę, tarczę magnetyczną otaczającą naszą planetę. Ponadto naładowane cząstki słoneczne musiały wybić dziurę w magnetosferze w pobliżu biegunów naszej planety, wchodząc do atmosfery i zderzając się z azotem, dwutlenkiem węgla i metanem. „Zatem wszystkie te cząsteczki oddziałują z cząsteczkami w atmosferze i tworzą nowe cząsteczki - reakcja łańcuchowa” - mówi Hayrapetyan.
Film promocyjny:
Te interakcje słoneczno-atmosferyczne wytwarzają podtlenek azotu, gaz cieplarniany o potencjale globalnego ocieplenia 300 razy większym niż CO2. Modele Hayrapetyana sugerują, że w tym czasie mogła zostać wyprodukowana wystarczająca ilość podtlenku azotu, aby planeta zaczęła się silnie nagrzewać. Inny produkt niekończącej się burzy słonecznej, cyjanowodór (HCN), może nawozić powierzchnię azotem niezbędnym do uformowania pierwszych cegiełek do życia.
„Ludzie postrzegali wyładowania atmosferyczne i spadające meteoryty jako sposób na zainicjowanie chemii azotu” - mówi Ramirez. „Myślę, że najfajniejszą rzeczą w tej pracy jest to, że nikt wcześniej nie pomyślał o oglądaniu burz słonecznych”.
Teraz biolodzy będą musieli ustalić, czy dokładna mieszanina pożądanych cząsteczek mogła powstać po superflarach, a następnie dać początek życiu. Te badania już trwają. Naukowcy z Instytutu Nauk o Życiu Lądowym w Tokio już używają modeli Hayrapetyana do planowania nowych eksperymentów w celu symulacji warunków panujących na starożytnej Ziemi. Jeśli te eksperymenty pozwolą wytworzyć aminokwasy i RNA, być może pogoda kosmiczna zostanie dodana do listy możliwych iskier życia.
Oprócz wszystkiego innego modele Hayrapetyana mogą rzucić światło na zamieszkiwalność Marsa w przeszłości. Uważa się, że Czerwona Planeta była pełna wody cztery miliardy lat temu. Takie badania przydadzą się również w poszukiwaniu życia poza naszym Układem Słonecznym.
W końcu dopiero zaczynamy rozumieć, co stanowi „potencjalnie nadającą się do zamieszkania strefę” gwiazdy, w której na planetach mogą znajdować się oceany z wodą w stanie ciekłym. Ale teraz o strefie nadającej się do zamieszkania decyduje tylko jasność gwiazdy.
„W końcu dowiemy się, czy energia gwiazdy może pomóc w tworzeniu biomolekuł. Może bez jej życia byłby prawdziwy cud."
ILYA KHEL