Astronóm Petrus Martens z Gruzínskej štátnej univerzity (USA) sa domnieva, že Slnko bolo v staroveku ťažšie ako dnes. To umožnilo mladej hviezde svietiť tak jasne ako dnes a poskytnúť tak udržateľné podmienky na Zemi a Marse. Teraz je svietidlo ľahšie. Výskum, ktorý je k dispozícii v knižnici elektronickej predtlače arXiv.org, sa zameriava na paradox slabého mladého slnka. O histórii svietidla vám povieme nižšie.
Mladé Slnko sa objavilo asi pred 4,5 miliardami rokov ako hlavný objekt sekvencie. Podľa štandardnej teórie vývoja hviezd v staroveku bolo Slnko asi o 30 percent slabšie ako dnes. Zostáva záhadou, ako bola s takou slabou hviezdou mladá Zem dostatočne teplá, aby poskytla svojmu povrchu tekutú vodu. Tento rozpor sa nazýva paradox slabého mladého Slnka.
Paradox je relevantný aj pre Mars, na ktorom stovky miliónov rokov existovali moria a oceány tekutej vody, hoci Červená planéta prijíma zhruba polovičné množstvo slnečného žiarenia ako Zem.
Geologické údaje naznačujú, že voda sa objavila skoro na Zemi a Marse. Minulosť Slnka je možné spoznať pozorovaním ďalších hviezd hlavnej postupnosti. Simulácie naznačujú, že hviezdy spektrálnych typov G, ku ktorým patrí svietidlo najbližšie k Zemi, ako aj objekty tried K a M sa nevyvíjajú príliš rýchlo a zóna obývateľnosti okolo týchto hviezd sa postupne posúva smerom von.
Paradox slabého mladého Slnka bol navrhnutý vyriešiť niekoľkými spôsobmi. Dôvodom ohrievania atmosféry planéty bol silný skleníkový efekt z oxidu uhličitého alebo metánu, geotermálna energia zo začiatku teplejšia ako dnes, zemské jadro, starodávne menšie albedo Zeme, život vyvíjajúci sa v chladnom prostredí pod 200 metrov silným ľadovým štítom, dokonca aj variant s premenná gravitačná konštanta.
Mars v staroveku (podľa predstáv umelca)
Martens sa domnieva, že väčšina z týchto vysvetlení má vážne nedostatky. Napríklad nie je jasné, kedy by sa mal skleníkový efekt zastaviť, aby sa nestalo to, čo sa stalo na Venuši, ktorej atmosféra je taká horúca, že je v nej život prakticky nemožný. Okrem toho sa v starých geologických vzorkách zatiaľ nenašli dostatočné stopy prebytočného oxidu uhličitého.
Martens verí, že veľa vysvetlení paradoxu mladého slnka berie do úvahy iba procesy prebiehajúce na Zemi, a nie na Marse, a nenaznačuje vysvetlenie tohto rozporu pre iné planetárne systémy. V tejto súvislosti sa americký astronóm rozhodol pripomenúť starú, ale dnes nepopulárnu hypotézu, podľa ktorej bolo starodávne Slnko hmotnejšie ako v súčasnosti.
Propagačné video:
Svietidlo patriace do rovnakej spektrálnej triedy vyžaruje viac energie, tým je ťažšia. To znamená, že ak bolo v dávnych dobách Slnko o 30 percent slabšie pri súčasnej veľkosti, je možné vypočítať, o koľko bola najbližšia hviezda Zeme ťažšia, ako svietila dnes.
Asi pred tromi miliardami rokov podľa odhadov vedca hviezda každý rok stratila asi 0,0000000000075 svojej hmotnosti (asi tri percentá počiatočnej hmotnosti za tri miliardy rokov existencie); v súčasnosti je táto hodnota o dva rády nižšia a pre zohľadnenie zmeny jasnosti hviezdy je nevýznamná. Vedec dospel k takýmto záverom, keď upozornil na skutočnosť, že Slnko a väčšina z týchto hviezd časom spomaľujú svoju rotáciu.
Podľa autora je to spôsobené stratou ich hmotnosti Slnkom a podobnými hviezdami (keď je splnený zákon zachovania momentu hybnosti). Napríklad veľký spoločník dvojhviezdy 70 Ophiuchus je asi 1,1-krát ľahší ako Slnko, je starý 0,8 miliárd rokov a zosvetľuje sa rýchlosťou 0,000000000003 slnečnej hmoty ročne. Aby miestne planéty mali podmienky vhodné na existenciu kvapalnej vody, musí sa takýto režim hromadného úniku udržiavať asi 2,4 miliardy rokov.
Starodávne úplné zaľadnenie Zeme, ktoré je nahradené topiacou sa vodou, vysvetľuje Martens pomerne prozaickým spôsobom - vulkanickou činnosťou, spolu s ktorou sa do atmosféry dostávajú skleníkové plyny, ako aj pozitívnou spätnou väzbou.
Slnko
Stratu ich hmotností Slnkom a podobnými svietidlami v staroveku mal sprevádzať vznik stabilných a silných slnečných (hviezdnych) vetrov. Moderné Slnko neprodukuje také emisie hmoty. Môže sa zdať, že hviezda predtým nemala dôvod na to, takže hypotéza starodávneho masívneho Slnka je nepopulárna. Martens verí, že to tak nie je: súčasná miera úbytku hmotnosti Slnkom nestačí na spomalenie z počiatočných štyroch až piatich dní na súčasných 26 dní.
Pohľad Martensovej nevysvetľuje, ako by sa mal zachovať život na planéte ožarovanej silnými hviezdnymi vetrami. Medzitým nestrácajú vysvetlenia paradoxu mladého Slnka na základe skleníkového efektu svoj význam, navyše sa časom tieto teórie dopĺňajú.
Napríklad na napĺňaní zemskej atmosféry oxidom uhličitým a metánom sa môžu podieľať nielen sopky, ale aj asteroidy. Vedci teda vytvorili nový model uvoľňovania plynu na Zemi, ktorý preukázal dostatočnú silu skleníkového efektu pre existenciu tekutých oceánov už v raných fázach vývoja planéty za zlých svetelných podmienok. Na rozdiel od predchádzajúcich štúdií, ktoré tiež ponúkajú možné vysvetlenie prítomnosti tekutej vody na starej Zemi pomocou vulkanického odplyňovania (uvoľňovanie skleníkových plynov do atmosféry počas sopečných výbuchov), nová práca zohľadňuje aktívne bombardovanie planéty asteroidmi.
Tieto nebeské telesá, ktoré dosahujú priemer sto kilometrov, pri páde na Zem spôsobujú topenie veľkého množstva hornín a vytvárajú obrovské lávové jazerá. Pri ochladzovaní uvoľňujú dostatok oxidu uhličitého a tým zohrievajú atmosféru. Bombardovanie planéty podľa vedcov viedlo k uvoľneniu síry z jej útrob, ktorá je nevyhnutná pre formovanie organického života.