Astronoom Petrus Martens van Georgia State University (VS) gelooft dat de zon in de oudheid zwaarder was dan tegenwoordig. Hierdoor kon de jonge ster net zo helder schijnen als nu en voor leefbare omstandigheden op aarde en Mars zorgen. Inmiddels is de armatuur lichter geworden. Onderzoek, beschikbaar in de arXiv.org elektronische preprint-bibliotheek, richt zich op de zwakke jonge zon-paradox. We zullen het hebben over de geschiedenis van het leven van het licht hieronder.
De jonge zon verscheen ongeveer 4,5 miljard jaar geleden als een hoofdreeksobject. Volgens de standaardtheorie van de evolutie van sterren in de oudheid was de zon ongeveer 30 procent zwakker dan nu. Het blijft een raadsel hoe, met zo'n zwakke ster, de jonge aarde warm genoeg was om haar oppervlak van vloeibaar water te voorzien. Deze tegenstrijdigheid wordt de zwakke jonge zonparadox genoemd.
De paradox is ook relevant voor Mars, waar al honderden miljoenen jaren zeeën en oceanen van vloeibaar water bestaan, hoewel de Rode Planeet ongeveer de helft van de hoeveelheid zonlicht ontvangt die de aarde ontvangt.
Geologische gegevens geven aan dat water al vroeg op aarde en Mars verscheen. Het verleden van de zon kan worden ontdekt door andere sterren van de hoofdreeks te observeren. Simulaties geven aan dat sterren van spectraaltype G, waartoe het hemellichaam dat zich het dichtst bij de aarde bevindt, en objecten van de klassen K en M, zich niet te snel ontwikkelen en dat de bewoonbaarheidszone rond dergelijke sterren geleidelijk naar buiten verschuift.
Er is voorgesteld om de paradox van de zwakke jonge zon op verschillende manieren op te lossen. De reden voor de opwarming van de atmosfeer van de planeet was een sterk broeikaseffect door kooldioxide of methaan, geothermische energie van de aanvankelijk warmer dan nu, de aardkern, het lagere albedo van de aarde in de oudheid, leven dat zich ontwikkelde in een koude omgeving onder een 200 meter dikke ijskap, zelfs een variant met variabele gravitatieconstante.
Mars in de oudheid (zoals voorgesteld door de kunstenaar)
Martens is van mening dat de meeste van deze verklaringen ernstige gebreken vertonen. Het is bijvoorbeeld onduidelijk wanneer het broeikaseffect moet stoppen, zodat wat er is gebeurd op Venus, waarvan de atmosfeer zo heet is dat leven er praktisch onmogelijk is, niet gebeurt. Bovendien zijn er nog niet voldoende sporen van overtollig koolstofdioxide gevonden in oude geologische monsters.
Martens gelooft dat veel verklaringen van de paradox van de jonge zon alleen rekening houden met de processen die plaatsvinden op aarde, en niet op Mars, en suggereren geen verklaring voor deze tegenstrijdigheid voor andere planetaire systemen. In dit opzicht besloot de Amerikaanse astronoom zich de oude, maar impopulaire hypothese van vandaag te herinneren, volgens welke de oude zon massiever was dan nu.
Promotie video:
Een armatuur die tot dezelfde spectraalklasse behoort, zendt meer energie uit naarmate hij zwaarder is. Dit betekent dat als in de oudheid de zon op zijn huidige grootte 30 procent zwakker was, het mogelijk is om te berekenen hoeveel de ster het dichtst bij de aarde zwaarder was om te schijnen dan nu.
Ongeveer drie miljard jaar geleden verloor de ster volgens schattingen van de wetenschapper elk jaar ongeveer 0,0000000000075 van zijn massa (ongeveer drie procent van de oorspronkelijke massa gedurende drie miljard jaar van bestaan); op dit moment is deze waarde twee orden van grootte lager en is het niet significant om rekening te houden met de verandering in de helderheid van de ster. De wetenschapper kwam tot dergelijke conclusies en vestigde de aandacht op het feit dat de zon en de meeste van deze sterren na verloop van tijd hun rotatie vertragen.
Volgens de auteur is dit te wijten aan het verlies van hun massa door de zon en soortgelijke sterren (wanneer de wet van behoud van impulsmoment is vervuld). De grote metgezel van de binaire 70 Ophiuchus is bijvoorbeeld ongeveer 1,1 keer lichter dan de zon, is 0,8 miljard jaar oud en wordt lichter met een snelheid van 0,000000000003 zonsmassa's per jaar. Om ervoor te zorgen dat lokale planeten omstandigheden hebben die geschikt zijn voor het bestaan van vloeibaar water, moet een dergelijk regime van massaverlies ongeveer 2,4 miljard jaar worden gehandhaafd.
De oude volle gletsjers van de aarde, die worden vervangen door smeltwater, legt Martens op een nogal prozaïsche manier uit: vulkanische activiteit, samen met welke broeikasgassen de atmosfeer binnenkomen, evenals positieve feedback.
De zon
Het verlies van hun massa door de zon en soortgelijke hemellichten in de oudheid had gepaard moeten gaan met de opkomst van stabiele en sterke zonnewinden (stellaire). De moderne zon produceert niet zulke emissies van materie. Het lijkt misschien dat de ster hiervoor geen reden had, dus de hypothese van een oude massieve zon is niet populair. Martens is van mening dat dit niet het geval is: het huidige tempo van massaverlies door de zon is niet voldoende om te vertragen van de eerste vier tot vijf dagen naar de huidige 26 dagen.
Martens 'standpunt verklaart niet hoe het leven moet worden behouden op een planeet die wordt bestraald door sterke sterrenwinden. Ondertussen verliezen verklaringen van de paradox van de jonge zon, gebaseerd op het broeikaseffect, hun relevantie niet, bovendien worden deze theorieën na verloop van tijd aangevuld.
Zo kunnen niet alleen vulkanen, maar ook asteroïden deelnemen aan het vullen van de atmosfeer van de aarde met kooldioxide en methaan. Wetenschappers hebben dus een nieuw model voor gasafgifte op aarde gemaakt, dat de voldoende kracht van het broeikaseffect aantoonde voor het bestaan van vloeibare oceanen al in de vroege stadia van de ontwikkeling van de planeet, bij weinig licht. In tegenstelling tot eerdere studies, die ook een mogelijke verklaring bieden voor de aanwezigheid van vloeibaar water op de oude aarde door middel van vulkanische ontgassing (het vrijkomen van broeikasgassen in de atmosfeer tijdens vulkaanuitbarstingen), houdt het nieuwe werk rekening met het actieve bombardement van de planeet door asteroïden.
Met een diameter van honderd kilometer veroorzaken deze hemellichamen, wanneer ze op de aarde vallen, het smelten van grote hoeveelheden rotsen, waardoor enorme lavameren ontstaan. Terwijl ze afkoelen, geven ze voldoende kooldioxide af en verwarmen zo de atmosfeer. Het bombardement op de planeet heeft volgens wetenschappers geleid tot het vrijkomen van zwavel uit de darmen, wat nodig is voor de vorming van organisch leven.
