Сонце на дієті NZZ

Наша центральна зірка була важче, коли народилася, ніж сьогодні. Так говорять вчені, які шукають пояснення походження життя.

Коли вона народилася 4,5 мільярда років тому, сонце ослабла. Тоді наша центральна зірка випромінювала на 30 відсотків менше енергії, ніж сьогодні. Отже, на землі мало бути дуже холодно - занадто холодно, щоб рідка вода існувала на поверхні і, отже, для розвитку життя. Проте є геологічно обґрунтовані докази існування океанів на молодій Землі 4,4 мільярда років тому. Навіть більше: Навіть на Марсі, далі від Сонця, в перші дні Сонячної системи була рідка вода.

Коли вона народилася 4,5 мільярда років тому, сонце ослабла. Тоді наша центральна зірка випромінювала на 30 відсотків менше енергії, ніж сьогодні. Отже, на землі мало бути дуже холодно - занадто холодно, щоб рідка вода існувала на поверхні і, отже, для розвитку життя. І все ж є геологічно вагомі докази того, що океани існували на молодій Землі 4,4 мільярда років тому. Навіть більше: Навіть на Марсі, далі від Сонця, в перші дні Сонячної системи була рідка вода.

Ще в 1972 році американський астроном Карл Саган вказав на цей "парадокс слабкого сонця". Але спочатку він навряд чи викликав інтерес своїх колег-дослідників. Тому що для цієї проблеми, за переважаючою думкою, було б якесь просте рішення. Можливо, сильний парниковий ефект зігрівав землю, можливо, хмар було менше, і в результаті менше сонячного випромінювання відбивалось у космосі.

Ось як це бачить дослідник сонячної енергії Арнольд Бенц з ETH Цюріх: "Я підозрюю, що це парадокс теплої землі, а не проблема сонця". На його думку, спостереження за сотнями зірок, подібних до Сонця, підтверджують, що еволюційні моделі нашої центральної зірки "дуже близькі до реальності". На противагу цьому, Бенц бачить велику свободу розвитку атмосфери планет. «Ми знаємо молоді планети лише кілька років, і їх атмосфера недостатньо відома. Перш за все, незрозуміло, скільки парникових газів вони містять ".

Але поки що всі спроби пояснити молоду теплу землю різним хімічним складом атмосфери стикалися з проблемами. Моделі клімату на ранніх землях показали, що зменшення хмарного покриву недостатньо для розморожування океанів. Точний аналіз доісторичних відкладів осадів показує, що в атмосфері не було достатньо високої концентрації парникових газів. І є ще один вагомий аргумент як проти теплиці, так і проти хмарного рішення: ні в якому разі вони не можуть пояснити теплий період на Марсі.

Тож, можливо, це зовсім не земля, яка відрізнялася в перші дні Сонячної системи, ніж сьогодні, а Сонце. В останні роки окремі дослідники неодноразово намагалися перетворити загальновизнану модель сонця, щоб вирішити проблему. Якби на початку сонце було трохи важчим, ця ідея випромінювала б більше радіації і нагрівала Землю та Марс в достатній мірі.

Штейн Сігурдссон з Університету штату Пенсільванія вважає, що настав час переглянути цей підхід. "Ми сьогодні знаємо набагато більше про сонце", - каже астрофізик. «Геліосейсмологія - вимірювання її вібрацій - надає нам інформацію про її внутрішню структуру. Ми маємо точніші дані про випромінювання своїх зовнішніх шарів. І ми набагато краще розуміємо сонячний вітер ". Сігурдссон подає всю цю інформацію в комп'ютерну модель еволюції нашого сонця.

В рамках дослідницького проекту, що фінансується НАСА, вчений сподівається знайти модель сонця, яка відповідає теплій землі. Можливий діапазон маси для раннього сонця є вузьким - можливо на 2-5 відсотків більшої маси, ніж сьогодні, говорить Сігурдссон. Якщо воно менше, енергія сонця зростає недостатньо; якщо більше, то сонце перетворюється на значно іншу зірку. Складною частиною моделювання є позбавлення від зайвої маси в потрібний часовий проміжок за допомогою сильного сонячного вітру, без потоку речовини, що суперечить іншим даним спостережень.

В даний час сонячний вітер настільки слабкий, що за час життя нашої центральної зірки він міг би віднести у космос лише 0,05 відсотка маси. Спостереження за молодими, схожими на сонце зірками, показує, що зірки випускають більше речовини в космос незабаром після свого утворення, ніж коли вони старші. Наскільки сильним був сонячний вітер у перші дні та наскільки довго він дув сильніше, суперечливо.

Щоб не суперечити іншим даним, Сонце повинно було втратити свою юнацьку надмірну вагу за кілька сотень мільйонів років. Для цього потрібен сонячний вітер, який приблизно у тисячу разів сильніший, ніж сьогодні. Сігурдссон ще не знає, чи можливо щось подібне в реалістичній сонячній моделі. Але є ще достатньо параметрів для адаптації моделі: точний хімічний склад вихідної сонячної речовини, наприклад, або роль турбулентності всередині Сонця.

Сігурдссон також сподівається, що спочатку більша маса та сильний сонячний вітер залишили сліди, які можна простежити і сьогодні. Можливо, моделі показують йому, що спочатку більша маса довгостроково впливала на внутрішню структуру Сонця. І це можна було визначити за допомогою точних геліосейзмологічних спостережень. "Можливо, - каже дослідник, - ядро Сонця дає нам вирішальний ключ".