Astronom Petrus Martens z Georgia State University (USA) uważa, że Słońce było cięższe w starożytności niż obecnie. Pozwoliło to młodej gwieździe świecić tak jasno, jak dzisiaj i zapewnić warunki do życia na Ziemi i Marsie. Do tej pory oprawa stała się lżejsza. Badania, dostępne w elektronicznej bibliotece preprint arXiv.org, dotyczą paradoksu słabego słońca. O historii luminarza opowiemy poniżej.
Młode Słońce pojawiło się około 4,5 miliarda lat temu jako obiekt ciągu głównego. Zgodnie ze standardową teorią ewolucji gwiazd w czasach starożytnych, Słońce było o około 30 procent słabsze niż obecnie. Pozostaje tajemnicą, jak przy tak słabej gwieździe młoda Ziemia była wystarczająco ciepła, aby zapewnić jej powierzchnię w stanie ciekłym. Ta sprzeczność nazywana jest paradoksem słabego młodego Słońca.
Paradoks dotyczy również Marsa, na którym morza i oceany wody w stanie ciekłym istniały przez setki milionów lat, chociaż Czerwona Planeta otrzymuje około połowy światła słonecznego niż Ziemia.
Dane geologiczne wskazują, że woda pojawiła się wcześnie na Ziemi i Marsie. Przeszłość Słońca można poznać, obserwując inne gwiazdy z ciągu głównego. Symulacje wskazują, że gwiazdy typu widmowego G, do których należy luminarz najbliżej Ziemi, a także obiekty klas K i M nie rozwijają się zbyt szybko, a strefa zamieszkiwania wokół takich gwiazd stopniowo przesuwa się na zewnątrz.
Zaproponowano rozwiązanie paradoksu słabego młodego Słońca na kilka sposobów. Przyczyną ogrzewania atmosfery planety był silny efekt cieplarniany dwutlenku węgla lub metanu, energia geotermalna z początkowo cieplejszego niż dzisiaj jądra Ziemi, mniejsze albedo Ziemi w starożytności, życie rozwijające się w zimnym środowisku pod 200-metrową pokrywą lodową, nawet wariant z zmienna stała grawitacyjna.
Mars w starożytności (wyobrażał sobie artysta)
Martens uważa, że większość z tych wyjaśnień ma poważne wady. Na przykład nie jest jasne, kiedy efekt cieplarniany powinien ustać, aby nie wydarzyło się to, co wydarzyło się na Wenus, której atmosfera jest tak gorąca, że życie jest na niej praktycznie niemożliwe. Ponadto w starożytnych próbkach geologicznych nie znaleziono jeszcze wystarczających śladów nadmiaru dwutlenku węgla.
Martens uważa, że wiele wyjaśnień paradoksu młodego słońca bierze pod uwagę tylko procesy zachodzące na Ziemi, a nie na Marsie, i nie sugeruje wyjaśnienia tej sprzeczności dla innych układów planetarnych. W związku z tym amerykański astronom postanowił przypomnieć starą, ale dziś niepopularną hipotezę, zgodnie z którą starożytne Słońce było masywniejsze niż obecnie.
Film promocyjny:
Oprawa należąca do tej samej klasy widmowej emituje więcej energii, im jest cięższa. Oznacza to, że jeśli w starożytności Słońce było o 30 procent słabsze przy swoich obecnych rozmiarach, można obliczyć, o ile najbliższa Ziemi gwiazda świeciła ciężej, tak jak dziś.
Około trzech miliardów lat temu, według szacunków naukowca, gwiazda traciła około 0,0000000000075 swojej masy każdego roku (około trzech procent masy początkowej w ciągu trzech miliardów lat istnienia); obecnie wartość ta jest o dwa rzędy wielkości niższa i nie ma znaczenia przy uwzględnieniu zmiany jasności gwiazdy. Naukowiec doszedł do takich wniosków, zwracając uwagę na fakt, że z biegiem czasu Słońce i większość tych gwiazd spowalnia swój obrót.
Zdaniem autora jest to spowodowane utratą ich masy przez Słońce i podobne gwiazdy (przy spełnieniu prawa zachowania momentu pędu). Na przykład duży towarzysz układu podwójnego 70 Ophiuchus jest około 1,1 razy lżejszy od Słońca, ma 0,8 miliarda lat i staje się lżejszy w tempie 0,000000000003 mas Słońca na rok. Aby lokalne planety miały warunki odpowiednie do istnienia wody w stanie ciekłym, taki reżim utraty masy musi być utrzymany przez około 2,4 miliarda lat.
Martens wyjaśnia w dość prozaiczny sposób starożytne pełne lodowce Ziemi, które zastępuje topniejąca woda - aktywność wulkaniczną, wraz z którą gazy cieplarniane przedostają się do atmosfery, a także pozytywne sprzężenie zwrotne.
Słońce
Utracie ich mas przez Słońce i podobne źródła światła w starożytności powinno towarzyszyć pojawienie się stabilnych i silnych wiatrów słonecznych (gwiazdowych). Współczesne Słońce nie wytwarza takich emisji materii. Może się wydawać, że gwiazda nie miała wcześniej powodu, aby to robić, więc hipoteza starożytnego masywnego Słońca jest niepopularna. Martens uważa, że tak nie jest: obecne tempo utraty masy przez Słońce nie wystarczy, aby zwolnić z początkowych czterech do pięciu dni do obecnych 26 dni.
Punkt widzenia Martensa nie wyjaśnia, w jaki sposób powinno się zachować życie na planecie napromieniowanej przez silne wiatry gwiazdowe. Tymczasem wyjaśnienia paradoksu młodego słońca oparte na efekcie cieplarnianym są nadal aktualne iz czasem te teorie są uzupełniane.
Na przykład nie tylko wulkany, ale także asteroidy mogą brać udział w wypełnianiu ziemskiej atmosfery dwutlenkiem węgla i metanem. Dlatego naukowcy stworzyli nowy model uwalniania gazu na Ziemi, który wykazał wystarczającą siłę efektu cieplarnianego dla istnienia płynnych oceanów już na wczesnych etapach rozwoju planety, w warunkach słabego oświetlenia. W przeciwieństwie do wcześniejszych badań, które również dają możliwe wyjaśnienie obecności wody w stanie ciekłym na starożytnej Ziemi za pomocą odgazowywania wulkanicznego (uwalnianie gazów cieplarnianych do atmosfery podczas erupcji wulkanów), nowa praca uwzględnia aktywne bombardowanie planety przez asteroidy.
Osiągając sto kilometrów średnicy, te ciała niebieskie spadając na Ziemię powodują topnienie dużych objętości skał, tworząc ogromne jeziora lawy. W miarę ochładzania uwalniają wystarczającą ilość dwutlenku węgla, a tym samym ogrzewają atmosferę. Według naukowców bombardowanie planety doprowadziło do uwolnienia siarki z jej jelit, która jest niezbędna do powstania życia organicznego.
