Astronom Petrus Martens z Georgia State University (USA) věří, že Slunce bylo ve starověku těžší než dnes. To umožnilo mladé hvězdě zářit tak jasně jako dnes a zajistit tak příznivé podmínky na Zemi a Marsu. Nyní se svítidlo stalo světlejším. Výzkum, který je k dispozici v knihovně elektronických předtisků arXiv.org, se zaměřuje na paradox slabého mladého slunce. Níže vám povíme o historii svítidla.
Mladé Slunce se objevilo asi před 4,5 miliardami let jako hlavní objekt sekvence. Podle standardní teorie hvězdné evoluce ve starověku bylo Slunce asi o 30 procent slabší než dnes. Zůstává záhadou, jak s tak slabou hvězdou byla mladá Země dostatečně teplá, aby poskytla svému povrchu tekutou vodu. Tento rozpor se nazývá paradox slabého mladého Slunce.
Paradox je relevantní také pro Mars, na kterém existovaly moře a oceány tekuté vody stovky milionů let, i když Červená planeta přijímá zhruba poloviční množství slunečního světla než Země.
Geologická data naznačují, že voda se objevila na Zemi a Marsu brzy. Minulost Slunce lze poznat pozorováním jiných hvězd hlavní sekvence. Simulace naznačují, že hvězdy spektrálních typů G, ke kterým patří svítidlo nejbližší Zemi, stejně jako objekty tříd K a M, se nevyvíjejí příliš rychle a zóna obyvatelnosti kolem těchto hvězd se postupně posouvá směrem ven.
Paradox slabého mladého Slunce bylo navrženo vyřešit několika způsoby. Důvodem pro ohřev atmosféry planety byl silný skleníkový efekt z oxidu uhličitého nebo metanu, geotermální energie z původně teplejší než dnes, zemské jádro, spodní albedo Země ve starověku, život vyvíjející se v chladném prostředí pod ledovou vrstvou tlustou 200 metrů, dokonce i varianta s proměnná gravitační konstanta.
Mars ve starověku (jak to vidí umělec)
Martens věří, že většina z těchto vysvětlení má vážné nedostatky. Například není jasné, kdy by se měl skleníkový efekt zastavit, aby se nestalo to, co se stalo na Venuši, jejíž atmosféra je tak horká, že je v ní život prakticky nemožný. Navíc ve starověkých geologických vzorcích dosud nebyly nalezeny dostatečné stopy přebytečného oxidu uhličitého.
Martens věří, že mnoho vysvětlení paradoxu mladého slunce bere v úvahu pouze procesy probíhající na Zemi, a nikoli na Marsu, a nenaznačuje vysvětlení tohoto rozporu pro jiné planetární systémy. V tomto ohledu se americký astronom rozhodl připomenout starou, ale dnes nepopulární hypotézu, podle které bylo starověké Slunce hmotnější než v současnosti.
Propagační video:
Svítidlo patřící do stejné spektrální třídy vydává více energie, tím těžší je. To znamená, že pokud bylo v dávných dobách Slunce o 30 procent slabší při současné velikosti, je možné vypočítat, o kolik byla nejbližší hvězda k Zemi těžší, než aby svítila dnes.
Asi před třemi miliardami let podle odhadů vědce svítidlo každý rok ztratilo asi 0,0000000000075 své hmotnosti (asi tři procenta původní hmotnosti během tří miliard let existence); v současné době je tato hodnota o dva řády nižší a pro zohlednění změny jasu hvězdy je zanedbatelná. Vědec dospěl k takovým závěrům a upozornil na skutečnost, že v průběhu času Slunce a většina těchto hvězd zpomalily jejich rotaci.
Podle autora je to způsobeno ztrátou jejich hmotnosti Sluncem a podobnými hvězdami (když je splněn zákon zachování momentu hybnosti). Například velký společník dvojhvězdy 70 Ophiuchus je asi 1,1krát lehčí než Slunce, je starý 0,8 miliardy let a stává se lehčí rychlostí 0,000000000003 slunečních hmot za rok. Aby místní planety měly podmínky vhodné pro existenci kapalné vody, musí být takový režim úbytku hmotnosti udržován po dobu přibližně 2,4 miliardy let.
Starověké úplné zalednění Země, které je nahrazeno tající vodou, vysvětluje Martens poměrně prozaickým způsobem - vulkanickou činností, spolu se kterou do atmosféry vstupují skleníkové plyny, a také pozitivní zpětnou vazbou.
Slunce
Ztráta jejich hmot Sluncem a podobnými svítidly ve starověku měla být doprovázena vznikem stabilních a silných slunečních (hvězdných) větrů. Moderní Slunce takové emise hmoty neprodukuje. Může se zdát, že hvězda to dříve neměla důvod, takže hypotéza starověkého masivního Slunce je nepopulární. Martens věří, že tomu tak není: současná rychlost úbytku hmoty Sluncem nestačí na zpomalení z původních čtyř na pět dní na současných 26 dní.
Pohled Martens nevysvětluje, jak by měl být zachován život na planetě ozářené silnými hvězdnými větry. Mezitím jsou stále relevantní vysvětlení paradoxu mladého slunce založená na skleníkovém efektu a v průběhu času jsou tyto teorie doplňovány.
Například na plnění zemské atmosféry oxidem uhličitým a metanem se mohou podílet nejen sopky, ale také asteroidy. Vědci tedy vytvořili nový model uvolňování plynu na Zemi, který prokázal dostatečnou sílu skleníkového efektu pro existenci kapalných oceánů již v raných fázích vývoje planety za špatných světelných podmínek. Na rozdíl od předchozích studií, které také nabízejí možné vysvětlení přítomnosti kapalné vody na starověké Zemi pomocí vulkanického odplyňování (uvolňování skleníkových plynů do atmosféry během sopečných erupcí), nová práce zohledňuje aktivní bombardování planety asteroidy.
Tato nebeská tělesa dosahující průměru sto kilometrů způsobují při pádu na Zemi tání velkého množství hornin a vytvářejí obrovská lávová jezera. Když se ochladí, uvolní dostatek oxidu uhličitého a ohřejí tak atmosféru. Bombardování planety podle vědců vedlo k uvolňování síry z jejích útrob, což je nezbytné pro formování organického života.