Astronom Petrus Martens z državne univerze Georgia (ZDA) meni, da je bilo Sonce v starih časih težje kot danes. To je mladi zvezdi omogočilo, da je sijalo tako močno kot danes, in zagotavljalo primerne pogoje za življenje na Zemlji in Marsu. Do zdaj je svetilka postala lažja. Raziskave, ki so na voljo v elektronski knjižnici pretiskov arXiv.org, obravnavajo tihi paradoks mladega sonca. O zgodovini življenja svetilke bomo govorili spodaj.
Mlado Sonce se je pojavilo pred približno 4,5 milijardami let kot glavni objekt zaporedja. Glede na standardno teorijo zvezdnega razvoja v starih časih je bilo Sonce približno 30 odstotkov šibkejše kot danes. Ostaja skrivnost, kako je bila pri tako šibki zvezdi mlada Zemlja dovolj topla, da je površino oskrbela s tekočo vodo. To protislovje se imenuje paradoks šibkega mladega Sonca.
Paradoks je pomemben tudi za Mars, na katerem so morja in oceani tekoče vode obstajali stotine milijonov let, čeprav Rdeči planet prejme približno polovico količine sončne svetlobe, kot jo ima Zemlja.
Geološki podatki kažejo, da se je voda že zgodaj pojavila na Zemlji in Marsu. Preteklost Sonca lahko ugotovimo z opazovanjem drugih zvezd glavnega zaporedja. Simulacije kažejo, da se zvezde spektralnih tipov G, ki jim pripada svetilka, najbližja Zemlji, pa tudi predmeti razredov K in M, ne razvijajo prehitro, območje bivalnosti okoli takšnih zvezd pa se postopoma premika navzven.
Paradoks šibkega mladega Sonca naj bi razrešili na več načinov. Razlog za ogrevanje atmosfere planeta je bil močan toplogredni učinek ogljikovega dioksida ali metana, geotermalna energija iz sprva toplejšega kot danes, jedra Zemlje, zemeljski albedo manjši v antiki, življenje, ki se je razvijalo v hladnem okolju pod 200 metrov debelo ledeno ploščo, celo različica z spremenljiva gravitacijska konstanta.
Mars v antiki (kot si je zamislil umetnik)
Martens meni, da ima večina teh razlag resne napake. Nejasno je na primer, kdaj bi se moral toplogredni učinek ustaviti, da se ne bi zgodilo tisto, kar se je zgodilo na Veneri, katere ozračje je tako vroče, da je v njem življenje praktično nemogoče. Poleg tega v starih geoloških vzorcih še niso našli zadostnih sledi presežka ogljikovega dioksida.
Martens meni, da številne razlage paradoksa mladega sonca upoštevajo samo procese, ki se dogajajo na Zemlji in ne na Marsu, in ne predlaga razlage tega protislovja za druge planetarne sisteme. V zvezi s tem se je ameriški astronom odločil spomniti stare, a danes nepriljubljene hipoteze, po kateri je bilo starodavno Sonce bolj množično kot danes.
Promocijski video:
Svetilka iz istega spektralnega razreda oddaja več energije, težja je. To pomeni, da če je bilo v starih časih Sonce v sedanji velikosti šibkejše za 30 odstotkov, je mogoče izračunati, koliko zvezde, najbližje Zemlji, je težje sijalo kot danes.
Pred približno tremi milijardami let je po ocenah znanstvenika svetilka vsako leto izgubila približno 0,0000000000075 svoje mase (približno tri odstotke začetne mase za tri milijarde let obstoja); trenutno je ta vrednost dva reda velikosti nižja in je nepomembna za upoštevanje spremembe svetlosti zvezde. Znanstvenik je prišel do takšnih zaključkov in opozoril na dejstvo, da sčasoma Sonce in večina teh zvezd upočasni vrtenje.
Po mnenju avtorja je to posledica izgube njihove mase s Soncem in podobnimi zvezdami (ko je izpolnjen zakon o ohranjanju kotnega momenta). Na primer, velik spremljevalec binarnega 70 Ophiuchusa je približno 1,1-krat lažji od Sonca, star je 0,8 milijarde let in postane lažji s hitrostjo 0,000000000003 sončne mase na leto. Da bi imeli lokalni planeti razmere, primerne za obstoj tekoče vode, je treba tak režim izgube mase vzdrževati približno 2,4 milijarde let.
Martens na povsem prozaičen način pojasnjuje starodavne polne ledenike Zemlje, ki jih nadomesti talilna voda - vulkanska dejavnost, skupaj s tem, ko toplogredni plini vstopajo v ozračje, pa tudi pozitivne povratne informacije.
Sonce
Izgubo njihovih mas zaradi sonca in podobnih svetilk v starih časih bi moral spremljati pojav stabilnih in močnih sončnih (zvezdnih) vetrov. Sodobno sonce ne proizvaja takih emisij snovi. Morda se zdi, da zvezda prej ni imela razloga za to, zato hipoteza o starodavnem masivnem Soncu ni priljubljena. Martens meni, da temu ni tako: trenutna stopnja izgube mase s Soncem ne zadostuje za upočasnitev s prvih štirih do petih dni na sedanjih 26 dni.
Martensovo stališče ne pojasnjuje, kako je treba ohraniti življenje na planetu, ki ga obsevajo močni zvezdni vetrovi. Razlage paradoksa mladega sonca, ki temeljijo na učinku tople grede, so še vedno aktualne in sčasoma se te teorije dopolnjujejo.
Na primer pri polnjenju zemeljske atmosfere z ogljikovim dioksidom in metanom lahko sodelujejo ne le vulkani, temveč tudi asteroidi. Torej so znanstveniki ustvarili nov model sproščanja plinov na Zemlji, ki je dokazal zadostno moč toplogrednega učinka za obstoj tekočih oceanov že v zgodnjih fazah razvoja planeta v pogojih slabe svetlobe. Za razliko od prejšnjih študij, ki ponujajo tudi možno razlago prisotnosti tekoče vode na starodavni Zemlji z vulkanskim razplinjevanjem (izpuščanje toplogrednih plinov v ozračje med vulkanskimi izbruhi), novo delo upošteva aktivno bombardiranje planeta z asteroidi.
Ko dosežejo premer sto kilometrov, ta nebesna telesa ob padcu na Zemljo povzročijo taljenje velikih količin kamnin in ustvarijo ogromna jezera lave. Ko se ohladijo, sprostijo dovolj ogljikovega dioksida in tako segrejejo ozračje. Po mnenju znanstvenikov je bombardiranje planeta povzročilo izločanje žvepla iz črevesja, ki je potrebno za nastanek organskega življenja.