Als een enorme zonnestorm vandaag de aarde zou treffen, zou dat de technologie vernietigen en ons terugvoeren naar donkere tijden. Gelukkig voor ons zijn dergelijke gebeurtenissen uiterst zeldzaam. Maar vier miljard jaar geleden was het griezelige ruimteweer misschien wel aan de orde van de dag. Alleen in plaats van de apocalyps zou ze leven creëren. Dit is de verrassende conclusie van een recent gepubliceerd onderzoek in Nature Geosciences. Het bouwt voort op eerdere ontdekkingen over jonge zonachtige sterren gemaakt door de Kepler-ruimtetelescoop. Het bleek dat jonge armaturen extreem onstabiel zijn en een ongelooflijke hoeveelheid energie afgeven tijdens "zonnevlammen". Ons wildste ruimteweer ziet er in vergelijking uit als motregen.
NASA's Vladimir Hayrapetyan toonde aan dat als onze zon 4 miljard jaar lang zo actief zou zijn, het de aarde meer bewoonbaar zou kunnen maken. Volgens de modellen van Hayrapetyan veroorzaakten ze chemische reacties die bijdroegen aan de accumulatie van broeikasgassen en andere essentiële ingrediënten voor het leven, toen zonnevlammen onze atmosfeer afwikkelden.
"Vier miljard jaar lang had de aarde diepgevroren moeten zijn", zegt Hayrapetyan, verwijzend naar de "zwakke jonge zonparadox", die voor het eerst werd geformuleerd door Carl Sagan en George Mullen in 1972. De paradox kwam toen Sagan en Mullen zich realiseerden dat de aarde 4 miljard jaar geleden tekenen van vloeibaar water had, maar de zon was 30% zwakker. "De enige manier om dit uit te leggen, is door het broeikaseffect op de een of andere manier aan te zetten", zei Hayrapetyan.
Een ander mysterie over de jonge aarde is hoe de eerste biologische moleculen - DNA, RNA en eiwitten - genoeg stikstof verzamelden om zich te vormen. Zoals het nu is, bestond de atmosfeer van de oude aarde voornamelijk uit inerte stikstof (N2). Hoewel speciale bacteriën, "stikstoffixers", ontdekten hoe ze N2 konden afbreken en omzetten in ammoniak (NH4), miste de vroege biologie dit vermogen.
De nieuwe studie biedt een elegante oplossing voor beide problemen in de vorm van ruimteweer. Het onderzoek begon enkele jaren geleden toen Hayrapetyan de magnetische activiteit van sterren in de Kepler-database bestudeerde. Hij ontdekte dat G-type sterren (zoals onze zon) als dynamiet in hun jeugd zijn: ze geven vaak energiepulsen af die gelijk zijn aan 100 biljoen atoombommen. De krachtigste geomagnetische storm die mensen hebben meegemaakt en die wereldwijd black-outs veroorzaakte, de Carrington-gebeurtenis van 1859, verbleekt in vergelijking.
“Dit is een enorme hoeveelheid energie. Ik kan het me nauwelijks voorstellen”, zegt Ramses Ramirez, een astrobioloog aan de Cornell University die niet bij het onderzoek betrokken was, maar met Hayrapetyan werkt.
Al snel drong het tot Hayrapetyan door dat hij deze ontdekking kon gebruiken om in de vroege geschiedenis van het zonnestelsel te kijken. Hij berekende dat onze zon vier miljard jaar geleden om de paar uur tientallen superfakkels had kunnen uitstoten, en een of meer ervan zouden elke dag een magnetisch veld kunnen raken. "Je zou kunnen zeggen dat de aarde constant wordt aangevallen door de gigantische Carrington-gebeurtenissen", zegt hij.
Met behulp van numerieke modellen toonde Hayrapetyan aan dat zonnevlammen krachtig genoeg moeten zijn om de magnetosfeer van de aarde, het magnetische schild dat onze planeet omringt, drastisch te comprimeren. Bovendien moesten geladen zonnedeeltjes een gat slaan in de magnetosfeer nabij de polen van onze planeet, de atmosfeer binnendringen en botsen met stikstof, kooldioxide en methaan. "Dus al deze deeltjes werken samen met moleculen in de atmosfeer en creëren nieuwe moleculen - een kettingreactie", zegt Hayrapetyan.
Promotie video:
Deze wisselwerkingen tussen de zon en de atmosfeer produceren lachgas, een broeikasgas met een aardopwarmingsvermogen van 300 keer dat van CO2. Hayrapetyan's modellen suggereren dat er op dat moment genoeg lachgas geproduceerd zou kunnen zijn om de planeet sterk te laten opwarmen. Een ander product van de eindeloze zonnestorm, waterstofcyanide (HCN), zou het oppervlak kunnen bemesten met de stikstof die nodig is om de eerste bouwstenen van het leven te vormen.
"Mensen keken naar bliksem en vallende meteorieten als manieren om stikstofchemie op gang te brengen", zegt Ramirez. "Ik denk dat het coolste van dit werk is dat niemand er eerder aan heeft gedacht om naar zonnestormen te kijken."
Nu zullen biologen moeten bepalen of het exacte mengsel van de gewenste moleculen geboren zou kunnen zijn na een superflare, en vervolgens leven zou kunnen doen ontstaan. Dit onderzoek is al aan de gang. Wetenschappers van het Institute of Terrestrial Life Sciences in Tokio gebruiken de modellen van Hayrapetyan al om nieuwe experimenten te plannen om de omstandigheden op de oude aarde te simuleren. Als deze experimenten aminozuren en RNA kunnen produceren, wordt misschien ruimteweer toegevoegd aan de lijst met mogelijke levensvonken.
Naast al het andere konden de modellen van Hayrapetyan licht werpen op de bewoonbaarheid van Mars in het verleden. Aangenomen wordt dat de Rode Planeet vier miljard jaar geleden vol water heeft gestaan. Dergelijk onderzoek zal ook van pas komen bij de zoektocht naar leven buiten ons zonnestelsel.
We beginnen tenslotte net uit te zoeken wat een "potentieel bewoonbare zone" van een ster is, waar planeten oceanen met vloeibaar water kunnen hebben. Maar nu wordt de bewoonbare zone alleen bepaald door de helderheid van de ster.
“Uiteindelijk zullen we ontdekken of de energie van een ster kan helpen bij het maken van biomoleculen. Misschien zou het leven zonder haar een waar wonder zijn. '
ILYA KHEL
