Tähtitieteilijä Petrus Martens Georgian osavaltion yliopistosta (USA) uskoo, että aurinko oli muinaisina aikoina painavampi kuin nykyään. Tämä antoi nuorelle tähdelle loistaa yhtä kirkkaasti kuin nykyään ja tarjosi elinkelpoiset olosuhteet maapallolla ja Marsilla. Tähän mennessä valaisimesta on tullut kevyempi. Tutkimus, joka on saatavana arXiv.org-sähköisestä preprint-kirjastosta, käsittelee heikkoa nuoren auringon paradoksaalia. Puhumme alla olevan valaisimen elämän historiasta.
Nuori aurinko ilmestyi noin 4,5 miljardia vuotta sitten pääjärjestyskohteena. Muinaisten tähtien evoluution standarditeorian mukaan aurinko oli noin 30 prosenttia heikompi kuin nykyään. On edelleen mysteeri, kuinka niin heikossa tähdessä nuori maapallo oli tarpeeksi lämmin tarjoamaan pintansa nestemäisellä vedellä. Tätä ristiriitaa kutsutaan heikon nuoren auringon paradoksiksi.
Paradoksilla on merkitystä myös Marsille, jolla nestemäisen veden meret ja valtameret olivat olemassa satoja miljoonia vuosia, vaikka Punainen planeetta saa noin puolet maapallon auringonvalosta.
Geologisten tietojen mukaan vesi ilmestyi aikaisin maapallolle ja Marsille. Auringon menneisyys voidaan oppia tarkkailemalla muita pääjakson tähtiä. Simulaatiot osoittavat, että spektrityyppien G tähdet, joihin maapalloa lähinnä oleva valaisin kuuluu, samoin kuin luokkien K ja M objektit eivät kehity liian nopeasti ja tällaisten tähtien ympärillä oleva asumiskelpoisuusvyöhyke siirtyy vähitellen ulospäin.
Heikon nuoren auringon paradoksin on ehdotettu ratkaistavan monin tavoin. Syy maapallon ilmakehän lämpenemiseen oli voimakas kasvihuoneilmiö hiilidioksidista tai metaanista, geoterminen energia alun perin lämpimämmästä kuin tänään, maan ydin, maan alempi albedo antiikin ajoissa, elämä kehittyi kylmässä ympäristössä 200 metrin paksuisen jääpeitteen alla, jopa muunnos muuttuva painovoima vakio.
Mars antiikissa (taiteilijan kuvittelemana)
Martens uskoo, että suurimmalla osalla näistä selityksistä on vakavia puutteita. Esimerkiksi on epäselvää, milloin kasvihuoneilmiön pitäisi lakata, jotta ei tapahtuisi se, mitä tapahtui Venuksella, jonka ilmakehä on niin kuuma, että elämä on käytännössä mahdotonta siinä. Muinaisista geologisista näytteistä ei ole vielä löydetty riittäviä jälkiä ylimääräisestä hiilidioksidista.
Martens uskoo, että monet selitykset nuoren auringon paradoksista ottavat huomioon vain maapallolla tapahtuvat prosessit, ei Marsilla, eivätkä ehdota selitystä tälle ristiriidalle muille planeettajärjestelmille. Tältä osin amerikkalainen tähtitieteilijä päätti muistaa vanhan, mutta epäsuosittavan nykyisen hypoteesin, jonka mukaan muinainen aurinko oli nykyistä massiivisempi.
Mainosvideo:
Samaan spektriluokkaan kuuluva valaisin lähettää enemmän energiaa, sitä raskaampi se on. Tämä tarkoittaa, että jos muinaisina aikoina aurinko nykyisessä koossaan oli 30 prosenttia heikompi, on mahdollista laskea, kuinka paljon maapalloa lähinnä oleva tähti oli painavampi loistaa kuin nykyään.
Noin kolme miljardia vuotta sitten tutkijan arvioiden mukaan valaisin menetti noin 0,0000000000075 massaansa vuodessa (noin kolme prosenttia alkuperäisestä massasta kolmen miljardin vuoden olemassaolon ajan); tällä hetkellä tämä arvo on kaksi suuruusluokkaa pienempi ja on merkityksetön tähden kirkkauden muutoksen huomioon ottamiseksi. Tutkija päätyi tällaisiin johtopäätöksiin kiinnittäen huomion siihen, että ajan myötä aurinko ja suurin osa näistä tähdistä hidastavat pyörimistään.
Kirjoittajan mukaan tämä johtuu siitä, että aurinko ja vastaavat tähdet menettivät massansa (kun kulmamomentin säilymislaki täyttyy). Esimerkiksi binaaritähden 70 Ophiuchus suuri seuralainen on noin 1,1 kertaa kevyempi kuin Aurinko, on 0,8 miljardia vuotta vanha ja kevenee nopeudella 0,000000000003 aurinkomassaa vuodessa. Jotta paikallisilla planeetoilla olisi olosuhteet, jotka sopivat nestemäisen veden olemassaoloon, tällaista massahäviöjärjestelmää on ylläpidettävä noin 2,4 miljardia vuotta.
Maapallon muinaiset täynnä olevat jäätiköt, jotka korvataan sulavalla vedellä, Martens selittää melko proosalaisella tavalla - tulivuoren aktiivisuus, jonka ohella kasvihuonekaasut pääsevät ilmakehään, sekä positiivinen palaute.
Aurinko
Auringon ja vastaavien valaisimien menettämiin massoihin muinaisina aikoina olisi pitänyt liittyä vakaa ja voimakas aurinko (tähti) tuuli. Moderni aurinko ei tuota tällaisia ainepäästöjä. Voi tuntua, ettei tähdellä ollut mitään syytä tehdä sitä aikaisemmin, joten antiikin massiivisen auringon hypoteesi on epäsuosittu. Martens uskoo, että näin ei ole: Auringon nykyinen massahäviö ei riitä hidastumaan alkuperäisestä neljästä viiteen päivään nykyiseen 26 päivään.
Martensin näkökulma ei selitä, kuinka elämää tulisi säilyttää planeetalla, jota säteilevät voimakkaat tähtituulet. Kasvihuoneilmiöön perustuvat selitykset nuoren auringon paradoksista eivät kuitenkaan menetä merkitystään, ja ajan mittaan näitä teorioita täydennetään.
Esimerkiksi tulivuorien lisäksi myös asteroidit voivat osallistua maapallon ilmakehän täyttämiseen hiilidioksidilla ja metaanilla. Joten tutkijat ovat luoneet uuden mallin kaasun vapautumisesta maapallolle, joka osoitti kasvihuoneilmiön riittävän vahvuuden nestemäisten valtamerien olemassaololle jo planeetan kehityksen alkuvaiheessa, heikossa valaistuksessa. Toisin kuin aiemmat tutkimukset, jotka tarjoavat myös mahdollisen selityksen nestemäisen veden esiintymiselle muinaisella maapallolla tulivuoren kaasunpoiston avulla (kasvihuonekaasujen vapautuminen ilmakehään tulivuorenpurkausten aikana), uudessa teoksessa otetaan huomioon planeetan aktiivinen pommitus asteroidien avulla.
Saavuttuaan sata kilometriä halkaisijaltaan nämä taivaankappaleet putoavat maapallolle aiheuttavat suurten kivimäärien sulamisen ja muodostavat valtavia laavajärviä. Jäähtyessään ne vapauttavat tarpeeksi hiilidioksidia ja lämmittävät siten ilmakehää. Tutkijoiden mukaan planeetan pommitukset johtivat rikin vapautumiseen suolistosta, mikä on välttämätöntä orgaanisen elämän muodostumiselle.