Petrus Martens, a Georgia Állami Egyetem (USA) csillagász úgy véli, hogy a Nap az ókorban nehezebb volt, mint manapság. Ez lehetővé tette, hogy a fiatal csillag ugyanolyan fényesen ragyogjon, mint manapság, és élhető körülményeket biztosítson a Földön és a Marson. Mára a világítótest könnyebbé vált. Az arXiv.org elektronikus preprint könyvtárból elérhető kutatás foglalkozik a halvány fiatal nap paradoxonnal. Az alábbiakban a világítótest életének történetéről fogunk beszélni.
A fiatal Nap mintegy 4,5 milliárd évvel ezelőtt jelent meg fő sorozat objektumként. Az ókorban a csillagok evolúciójának szokásos elmélete szerint a Nap körülbelül 30 százalékkal halványabb volt, mint ma. Rejtély marad, hogy ilyen gyenge csillag mellett a fiatal Föld elég meleg volt ahhoz, hogy felszínét folyékony vízzel látja el. Ezt az ellentmondást nevezik a gyenge fiatal Nap-paradoxonnak.
A paradoxon a Mars szempontjából is releváns, amelyen folyékony víz tengerei és óceánjai évszázadok óta léteznek, bár a Vörös Bolygó körülbelül a fele annyi napfényt fogad, mint a Föld.
A geológiai adatok azt mutatják, hogy a víz korán jelent meg a Földön és a Marson. A Nap múltja a fő szekvencia többi csillagának megfigyelésével derül ki. A szimulációk azt mutatják, hogy a G spektrális típusú csillagok, amelyekhez a Földhöz legközelebb álló világítótest tartozik, valamint a K és M osztályú tárgyak nem fejlődnek túl gyorsan, és az ilyen csillagok körüli lakhatósági zóna fokozatosan kifelé tolódik.
A gyenge fiatal Nap-paradoxont többféleképpen javasolták megoldani. A bolygó légkörének felmelegedésének oka a szén-dioxidból vagy metánból származó erős üvegházhatás volt, a geotermikus energia az eredetileg melegebbnél, a Föld magja, a Föld albedója az ókorban kisebb volt, az élet hideg környezetben alakult ki 200 méter vastag jégtakaró alatt, sőt egy változata változó gravitációs állandó.
Mars az ókorban (a művész elképzelése szerint)
Martens úgy véli, hogy a magyarázatok többségének vannak súlyos hibái. Például nem világos, hogy mikor kell megszűnni az üvegházhatásnak, hogy ne történjen meg az, ami a Vénuszon történt, amelynek légköre olyan forró, hogy az élet gyakorlatilag lehetetlen benne. Ezenkívül az ókori geológiai mintákban még nem találtak elegendő nyomot a szén-dioxid feleslegéről.
Martens úgy véli, hogy a fiatal nap paradoxonának sok magyarázata csak a Földön zajló folyamatokat veszi figyelembe, a Marson nem, és nem javasolja ennek az ellentmondásnak a magyarázatát más bolygórendszerek esetében. Ebben a tekintetben az amerikai csillagász úgy döntött, hogy felidézi a régi, de ma népszerűtlen hipotézist, amely szerint az ősi Nap tömegesebb volt, mint jelenleg.
Promóciós videó:
Az azonos spektrális osztályba tartozó világítótest több energiát bocsát ki, annál nehezebb. Ez azt jelenti, hogy ha az ókorban a Nap jelenlegi méreténél 30 százalékkal gyengébb volt, akkor kiszámítható, hogy a Földhöz legközelebb eső csillag mennyivel nehezebb volt világítani, mint manapság.
Körülbelül hárommilliárd évvel ezelőtt a tudós becslései szerint a világítótest évente körülbelül 0,0000000000075 tömegű veszteséget okozott (hárommilliárd éves fennállásának mintegy három százaléka); Jelenleg ez az érték két nagyságrenddel alacsonyabb, és jelentéktelen a csillag fényerejének változásának figyelembevételéhez. A tudós ilyen következtetésekre jutott, felhívta a figyelmet arra, hogy az idő múlásával a Nap és e csillagok többsége lassítja forgását.
A szerző szerint ez annak köszönhető, hogy tömegüket a Nap és hasonló csillagok elvesztették (amikor a szögimpulzus megőrzésének törvénye teljesül). Például a bináris 70 Ophiuchus nagy kísérője körülbelül 1,1-szer könnyebb, mint a Nap, 0,8 milliárd éves és könnyebbé válik, évente 0,000000000003 naptömeggel. Annak érdekében, hogy a helyi bolygók megfelelő feltételekkel rendelkezzenek a folyékony víz létezéséhez, egy ilyen tömegveszteségi rendszert körülbelül 2,4 milliárd évig fenn kell tartani.
A Föld ősi teljes eljegesedését, amelyet olvadó víz vált fel, Martens meglehetősen prózai módon magyarázza - a vulkáni tevékenységet, amellyel együtt üvegházhatású gázok jutnak a légkörbe, valamint pozitív visszajelzéseket.
A nap
Tömegüknek a Nap és hasonló világítótestek általi elvesztésével az ókorban stabil és erős nap (szél) szél megjelenésével kellett volna járnia. A modern Nap nem hoz létre ilyen anyagkibocsátást. Úgy tűnhet, hogy a csillagnak erre korábban nem volt oka, ezért az ősi hatalmas Nap hipotézise nem népszerű. Martens úgy véli, hogy ez nem így van: a Nap jelenlegi tömegveszteségének üteme nem elegendő ahhoz, hogy a kezdeti négy naptól az öt napig a jelenlegi 26 napig lassuljon.
Martens nézőpontja nem magyarázza meg, hogyan kell az életet megőrizni az erős csillagszél által besugárzott bolygón. Eközben a fiatal nap paradoxonának az üvegházhatáson alapuló magyarázatai továbbra is relevánsak, és idővel ezeket az elméleteket kiegészítik.
Például nemcsak a vulkánok, hanem az aszteroidák is részt vehetnek a Föld légkörének szén-dioxiddal és metánnal való feltöltésében. Tehát a tudósok létrehoztak egy új gázkibocsátási modellt a Földön, amely már a bolygó fejlődésének korai szakaszában, gyenge fényviszonyok között bebizonyította az üvegházhatás elegendő erejét a folyékony óceánok létezéséhez. A korábbi tanulmányokkal ellentétben, amelyek a vulkanikus gáztalanítás (az üvegházhatást okozó gázok kibocsátása a légkörbe vulkánkitörések során) lehetséges magyarázatát kínálják az ókori Földön, az új munka figyelembe veszi a bolygó aszteroidák általi aktív bombázását.
A száz kilométer átmérőjű elért égitestek, amikor a Földre esnek, nagy mennyiségű kőzet olvadását okozzák, hatalmas láva tavakat hozva létre. Hűlés közben elegendő szén-dioxidot szabadít fel, és így melegíti fel a légkört. A tudósok szerint a bolygó bombázása kén felszabadulásához vezetett, ami a szerves élet kialakulásához szükséges.