Младото Слънце може би е било значително по-масивна звезда

Астрономът Петрус Мартенс от Университета на щата Джорджия изказва предположението, че в далечното минало Слънцето е било по-тежко, отколкото е днес. Това е позволявало на младата звезда да свети също толкова ярко, както и сега, и с това да даде подходящите условия за развитие на живота на Земята и Марс. Към момента светилото ни е “поолекнало”. Изследването е публикувано в библиотеката с електронни препринтове arXiv.org. Това предположение дава възможност да се разреши парадокса на младото Слънце.

Младото Слънце се ражда преди около 4,5 милиарда години. Започва живота си като звезда от т.нар. Главна последователност. В съответствие със стандартната теория за еволюция на звездите, в онези времена яркостта на Слънцето е била с около 30 процента по слаба от днешната. Това прави необяснимо, как с такова слабо светило на Земята ѝ е било достатъчно “топло”, за да може на повърхността ѝ да съществуват условия за вода в течна фаза. Това противоречие е получило названието парадокс на слабото младо Слънце.

Парадоксът е приложим и за Марс, на който в продължение на стотици милиони години също са съществували морета и океани от течна вода, макар че Червената планета получава почти два пъти по-малко слънчева светлина, отколкото Земята.

Може би така е изглеждал Марс в далечните древни времена (художествено виждане)

Геоложките данни показват, че и на Земята, и на Марс, водата се е появила относително рано. А за миналото на Слънцето може да се разбере, като се наблюдават други звезди от Главната последователност. Компютърните симулации показват, че звездите от спектрален клас G, към които се отнася и нашето светило, както и обектите от класовете K и M се развиват не много бързо, а зоната на обитаемост около такива звезди постепенно се измества по-надалеч от тях.



За разрешаването на парадокса на слабото младо Слънце са предлагани няколко варианта. Като причина за нагряването на атмосферата на планетата са посочвани силния парников ефект от въглероден диоксид или метан; геотермалната енергия от първоначално по-горещото земно ядро; по-малко то албедо на древната Земя; живот, развил се в по-хладна среда под ледников щит с дебелина 200 метра; предлаган е дори вариант с променлива гравитационна константа.

Мартенс предполага, че повечето от тези обяснения имат сериозни недостатъци. Например, не е ясно кога парниковият ефект трябва да спре, за да не се случи онова, което се е случило с Венера, чиято атмосфера е толкова силно нагрята, че практически е невъзможно да възникне или оцелее живот. Освен това, в древните геоложки образци не са намерени достатъчно следи, които да подсказват за прекомерно високи концентрации на въглероден диоксид.

Мартенс предполага още, че много от предлаганите досега обяснения на парадокса на младото Слънце отчитат само процеси, протичали на Земята, но не и на Марс, и поради това не предлагат обяснение за това противоречие в други, подобни на нашата, планетни системи. Във връзка с всичко това, американският астроном решава да си припомни старата, но непопулярна днес хипотеза, според която древното Слънце е било по-масивно, отколкото е в наши дни.

Измежду звездите, отнасящи се към един и същ спектрален клас, повече енергия излъчват онези, които са с по-голяма маса. Това означава, че ако в древни времена Слънцето при съвременните си размери е светило с 30 процента по-слабо, може да се пресметне с колко звездата ни е била по-тежка в древни времена, за да свети толкова силно, колкото днес.

Според изчисленията на Мартенс, преди около три милиарда години светилото ни е губило средно 0,0000000000075 от масата си всяка година (около три процента от първоначалната си маса за три милиарда години от съществуването си); в момента този показател е с два порядъка по-нисък и е несъществен при отчитането на промяната в яркостта на звездата. До този извод ученият достига, като обръща внимание на това, че с течение на времето Слънцето и повечето подобни звезди забавят въртенето си.



Според автора на изследването, това се случва заради загуба на маса (и в съответствие със закона за запазване на ъгловия момент). Например, големият компаньон в двойната звездна система 70 Змиеносец е около 1,1 пъти по-лек от Слънцето и е на 0,8 милиарда години. Той олеква със скорост от 0,000000000003 слънчеви маси на година. За да може на местните планети около тази звезда, да се появи нужната за живота течна вода, този процес на загуба на маса трябва да се поддържа със същите темпове в продължение на 2,4 милиарда години.

Древните пълни заледявания на Земята, които се сменят от периоди с разтапяне на водата, Мартенс обяснява много прозаично – вулканичната активност, вследствие на която в атмосферата постъпват парникови газове, както и с “положителната обратна връзка”.


В древни времена, загубата на маса от Слънцето и подобните му звезди, би следвало да е съпровождано с възникването на устойчиви и силни слънчеви (звездни) ветрове. Съвременното Слънце не генерира такива изхвърляния на материя. Може да се заключи, че светилото ни не е имало никакви причини да го прави и в миналото, затова и тази хипотеза – за древното по-масивно Слънце – не се радва на много привърженици. Мартенс обаче предполага, че това не е така: текущата скорост, с която звездата ни губи маста си не е достатъчна, за да се обясни забавянето в собственото му въртене от началните четири-пет денонощия за едно завъртане, до днешните 26 денонощия.

Гледната точка на Мартенс не обяснява обаче, по какъв начин е оцелял живота на планетата ни, след като е бил облъчван от силните звездни ветрове. В същото време, обяснението на парадокса на младото Слънце, основан на парниковия ефект, не губи актуалността си, а дори напротив – с течение на времето се натрупват нови данни, подкрепящи тази теория.



Например, в насищането  на земната атмосфера с праникови газове може да участват не само вулканите, но и астероиди. Учените са създали нов модел на отделяните от Земята газове, чрез който се демонстрира достатъчната сила на парниковия ефект, за да може на планетата да съществуват течни океани още в ранните стадии на развитието ѝ, при значително по-слабо светене на звездата ни. За разлика от предишни изследвания, които също предлагат обяснение за наличието на течна вода на древната Земя, обусловено от вулканичните дегазации (отделянето в атмосферата на парникови газове при вулканични изригвания), новата разработка отчита и активната бомбардировка, на която е била подложена планетата от астероиди.

Достигащи до диаметър от 100 километра, тези небесни тела, при сблъскването си със Земята, са предизвиквали разтапянето на огромни обеми скали и са създавали огромни езера от лава. Постепенното изстиване на езерата се е съпровождало с отделянето на достатъчни количества въглероден диоксид, което е довеждало до подгряване на атмосферта. Бомбардировката на планетата ни, според учените, е довело и до освобождаване от недрата ѝ на сяра, необходима за зараждането на органичния живот.