Ученые из исследовательского центра SHIELD, работающего при поддержке НАСА, представили сразу две работы, которые проливают свет на то, как Солнце влияло на климат Земли в далеком прошлом. В первой работе, опубликованной в журнале Annual Review of Astronomy and Astrophysics, команда под руководством Мерав Офер из Бостонского университета с помощью компьютерного моделирования проследила движение нашей гелиосферы сквозь Галактику за последние миллионы лет. Во второй статье, вышедшей в Astrophysical Journal Letters, ученый НАСА Владимир Айрапетян и его коллеги предложили объяснение так называемому парадоксу слабого молодого Солнца. Обе публикации показывают, что изменения в солнечном окружении и активности светила могли играть решающую роль в формировании земного климата и даже в возникновении условий для жизни.
Наше Солнце это не просто неподвижный шар в центре планетной системы. Оно постоянно движется вместе со всей Солнечной системой по орбите вокруг центра Млечного Пути, и за миллиарды лет этот путь пролегал через самые разные области галактики. Исследователи из центра SHIELD решили воссоздать эту траекторию с помощью компьютерных моделей и выяснили, что как минимум три раза за последние 13–14 миллионов лет Солнце сталкивалось с огромными холодными облаками газа и пыли.
Эти межзвездные облака были настолько плотными, что давили на защитную оболочку Солнца — гелиосферу, и сжимали ее до размеров, меньших, чем орбита Земли. В такие моменты наша планета оказывалась временно лишенной этого солнечного щита и напрямую подвергалась воздействию холодного галактического вещества.
Все это не просто теоретическое допущение. Авторы работы сопоставили свои модели с реальными геологическими находками. В образцах донных отложений, взятых со дна океана, в древнем антарктическом снегу и даже в лунном грунте, относящемся к тем же временным промежуткам, обнаружили повышенное содержание элементов, типичных для межзвездной пыли. Такое совпадение говорит о том, что Земля действительно контактировала с веществом из этих облаков.
И, что самое интересное, эти эпизоды совпадают с периодами резких климатических сдвигов, включая оледенения, которые до сих пор не имели однозначного объяснения. Модели показывают, что вторжение холодного водородного газа меняло химию верхних слоев атмосферы, увеличивало количество водяного пара и могло запускать цепочку процессов, ведущих к похолоданию на поверхности. Так что причины некоторых древних ледниковых периодов, возможно, следует искать не только внутри Земли, но и в галактических путешествиях нашей гелиосферы.
Параллельно с этим группа ученых под руководством Владимира Айрапетяна занялась другой загадкой. Около трех миллиардов лет назад Солнце было заметно тусклее, чем сегодня, примерно на 70 процентов. При такой слабой освещенности Земля должна была превратиться в ледяной шар, однако геологические свидетельства говорят об обратном: уже тогда на планете существовала жидкая вода. Этот противоречивый факт известен как парадокс слабого молодого Солнца.
Чтобы его разрешить, ученые обратили внимание на поведение молодых звезд, похожих на наше Солнце, в других уголках галактики. Данные телескопа «Кеплер» показывают, что такие звезды в раннем возрасте часто испускают мощнейшие вспышки, выбрасывая потоки высокоэнергетических частиц. Если молодое Солнце вело себя аналогично, то эти частицы могли бомбардировать древнюю атмосферу Земли и вызывать в ней химические реакции, которые и помогли планете согреться.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые смоделировали в лаборатории атмосферу ранней Земли, смешав азот, аммиак, углекислый газ и угарный газ, а затем облучили эту смесь протонами, имитирующими солнечные вспышки. В результате образовалась закись азота — газ, который удерживает тепло в 300 раз эффективнее углекислого газа.
Даже если под действием жесткого ультрафиолета большая часть этой закиси азота разрушалась, компьютерные расчеты показали, что сохранение всего десяти процентов от полученного количества достаточно, чтобы поднять температуру в экваториальных районах Земли примерно до плюс пяти градусов по Цельсию. Это уже выше точки замерзания воды, а значит, океаны могли оставаться жидкими.
Примечательно, что именно такие умеренно низкие температуры, близкие к нулю, оказались наиболее благоприятными для образования сложных органических молекул, в том числе аминокислотных цепочек, которые считаются предшественниками жизни. Таким образом, вспышечная активность молодого Солнца не только согревала планету, но и создавала условия, способствовавшие химической эволюции.
Оба исследования вместе показывают, что Солнце гораздо активнее участвовало в судьбе Земли, чем считалось ранее. Движение всей Солнечной системы сквозь галактику периодически лишало нашу планету защитной гелиосферы, что могло провоцировать ледниковые периоды, а мощные вспышки молодого Солнца помогали ранней Земле оставаться теплой и даже стимулировали химические процессы, важные для зарождения жизни. Понимание этих механизмов не только проясняет историю нашей планеты, но и дает ключи к поиску похожих жизнепригодных миров у других звезд.
Присоединяйтесь к нам в соцсетях
