Парадокс слабого молодого Солнца

парадокс молодого Солнца Исследования космоса

Знаменитый ученый Карл Саган и его коллега Джорж Маллен однажды сидели на лавочке возле Гарвардского университета. И непринужденно болтали о всяких интересных вещах. На дворе стоял 1972 год. В тот день было тепло, и ярко светило Солнце.

— Знаешь, о чем я сейчас думаю? — вдруг заговорщицки произнес Саган, глядя куда-то вверх.

— Нет. И о чем же? — ответил немного разомлевший на Солнце Маллен.

Саган еще раз посмотрел вверх, и вытянув указательный палец правой руки в направлении Солнца, как бы погрозил ему. (Ситуация вымышлена😊)

Чем же Солнце так не угодило знаменитому популяризатору науки?

Дело в том, что ученый уже несколько дней не мог спокойно спать. Поскольку, размышляя о космосе, о нашей Солнечной системе в частности и о Вселенной в целом, он вдруг наткнулся на одну странную вещь. Это было противоречие, которое он нашел в прошлом нашей планеты. И эта странность, надо сказать, касалась ни много ни мало жизни на нашей планете! В чем же она заключалась, эта странность? Дело в том, что молодое Солнце, если следовать классическим канонам астрофизики, должно было излучать только 70% энергии, которую оно излучает сегодня. Однако на Земле в те времена была вода в жидком состоянии. Хотя энергии для этого наша планета получала мало. И должна была быть замерзшим снежным шариком…

Энергия молодого Солнца

Да, в пору своей молодости наша планета получала от Солнца на 30% меньше энергии, чем сейчас. И вода на ее поверхности не могла находиться в жидком состоянии. Существование именно таких условий на молодой Земле показывают расчеты астрофизиков. Другими словами можно сказать так: обитаемая зона вокруг Солнца в те времена была намного ближе к нашей звезде, чем сегодня. Однако палеонтологические и геологические данные указывают на то, что это было вовсе не так. И что на поверхности Земли была жидкая вода. Таким образом выходило, что ученые упустили какой-то важный фактор при оценке условий, существовавших на нашей планете в древние времена.

Звезды, подобные Солнцу, постепенно становятся ярче на протяжении всего времени нахождения на главной последовательности. Увеличенная яркость влечет за собой увеличение излучаемой энергии. И, следовательно, температуры на поверхности окружающих их планет (интересный факт: в далеком будущем обитаемая зона Солнечной системы сдвинется до орбиты Юпитера). При той яркости, которую наша звезда должна была иметь 4 миллиарда лет назад, и с концентрацией парниковых газов, очень похожей на ту, которая есть на нашей планете сегодня, вода, которая могла бы быть на поверхности Земли, вся должна была быть заморожена.

Но геологические данные говорят нам, что у Земли в те времена была относительно теплая температура поверхности. За исключением времен гуронского оледенения (которое произошло между 2,4 и 2,1 миллиарда лет назад). Ученые обнаружили водные отложения возрастом до 3,8 миллиарда лет. А самые древние следы жизни датируются 3,5 миллиардами лет. И в целом температура на планете была довольно стабильной в течение миллиардов лет.

Гипотеза парникового эффекта

Есть у ученых одна гипотеза, объясняющая парадокс молодого Солнца. Она состоит в том, что в те далекие дни в атмосфере Земли было больше парниковых газов. Что-то типа этого происходит с Венерой сейчас. Однако на самом деле нет полностью удовлетворительного объяснения, подтверждающего эту гипотезу. Возможно, конечно, что концентрация углекислого газа в атмосфере была тогда выше, чем сейчас. Например, по причине того, что тогда не было бактерий, которые могли бы осуществлять фотосинтез. Просто не кому было разлагать этот газ на углерод и кислород. Не исключено также, что в атмосфере тогда было много метана. Который является, кстати, очень активным газом. И реагирует с кислородом, образуя диоксид углерода и водяной пар.

В 2009 году ученые, исследуя соединения серы, выдвинули еще одну гипотезу. Они заявили, что возможно виной всему был карбонилсульфид. Это очень эффективный газ, если Вам нужно создать парниковый эффект. Его присутствия в атмосфере было бы вполне достаточно, чтобы температура на Земле держалась достаточно высокой. И вода не замерзала.

В 2013 году другие исследователи пришли к выводу, что в начале истории Земли в ее атмосфере было недостаточно азота для возникновения парникового эффекта. Однако количество углекислого газа в ней было выше, чем предполагалось ранее. Его концентрация была измерена в древней ископаемой почве. Исследователи заявили, что его могло быть вполне достаточно, чтобы компенсировать недостаток энергии, приходящей от слабого и молодого Солнца.

Как бы то ни было, ни одно из этих объяснений, связанных с парниковым эффектом, не является окончательным. То есть на бумаге они могли бы служить для объяснения того, почему в далеком прошлом на Земле была жидкая вода. Но во всех из них есть некоторое несоответствие, которые не позволяют принять их как теории.

Континенты и альбедо Земли

Однако возможные объяснения парадокса молодого Солнца можно искать не только в атмосфере. Некоторые ученые считают, что после образования континентов (примерно через миллиард лет после образования Земли) мог иметь место небиологический углеродный цикл. И именно он влиял на температуру нашей планеты. Возможно, углекислый газ атмосферы растворялся в жидкой воде и соединялся с ионами металлов. При этом образовывались карбонаты. Когда наступал ледниковый период, эта часть цикла заканчивалась. После чего происходили вулканические выбросы углерода. Они перезапускали цикл, вызывали парниковый эффект и поддерживая температуру поверхности выше нуля.

Другая возможность состоит в том, что у Земли в древности было гораздо более низкое альбедо (это количество света, получаемого от Солнца, которое Земля отражает своей поверхностью). Например, из-за меньших размеров и масс древних континентов. Больше количество водной поверхности могло поглощать больше солнечной энергии. И компенсировало бы более низкую яркость Солнца (по сравнению с сегодняшним днем), получая больше тепла, чем отдавалось наружу.

Луна и радиоактивность

Есть и другие варианты, которые могут дать довольно элегантные объяснения парадоксу молодого Солнца. Миллиарды лет назад Луна была намного ближе к нашей планете. И гравитационное взаимодействие с ней было гораздо более интенсивным, чем сегодня. Оно могло высвободить тепло от приливных сил. И могло стать основным фактором повышения температуры.

Еще не надо забывать про тепло, выделяемое при ядерном распаде различных изотопов, присутствующих на поверхности Земли. В древности их было намного больше, чем сегодня. И их наличие вполне может объяснить наличие дополнительного тепла.

Для объяснения парадокса молодого Солнца безусловно необходимо принять во внимание множество факторов. И пока что его полностью не объясняет ни одна из гипотез рассмотренных в этой статье. Пока что единственное, что кажется очевидным, — это то, что парадокс молодого Солнца, впервые сформулированный Карлом Саганом, не имеет какого-то однозначного ответа.

Но если мы решим этот парадокс, это может помочь нам найти планеты, которые демонстрируют похожее поведение возле звезд, находящихся на ранних этапах своей жизни. И которые похожи на Солнце. Кто знает, может быть, этот парадокс просто необходим и для других планет, чтобы на них появилась жизнь

Рассказать всей Вселенной!
Живой Космос
Добавить комментарий
  1. Гиззатуллин Нияз

    Надо сложить все перечисленные взаимодействия)

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: