Młodzieńcze lata naszego Słońca były naprawdę burzliwe – nowe badania wskazują, że owa cecha może po części odpowiadać za powstanie na Ziemi życia.
Jakieś cztery miliardy lat temu Słońce świeciło z jasnością równą 75% obecnej jasności, jednak na jego powierzchni bezustannie dochodziło do olbrzymich erupcji, w których potężne ilości materii i promieniowania słonecznego wyrzucane były w przestrzeń kosmiczną. Te silne eksplozje mogły zapewnić energię niezbędną do ogrzania Ziemi mimo niskiej jasności Słońca. Erupcje mogły nam dostarczyć także energię niezbędną do zmiany prostych cząsteczek w bardziej złożone takie jak RNA czy DNA. Wyniki badań zostały opublikowane w dniu dzisiejszym w periodyku Nature.
Zrozumienie jakie warunki były niezbędne do powstania życia na naszej planecie pozwala nam przyjrzeć się początkom życia na Ziemi oraz pomaga nam poszukiwać życia na innych planetach. Jednak do teraz w pełnym prześledzeniu ewolucji Ziemi przeszkadzał nam prosty fakt – młode Słońce nie było wystarczająco jasne, aby odpowiednio ogrzać Ziemię.
„W tamtych czasach Ziemia otrzymywała zaledwie ok. 70 procent energii słonecznej, którą otrzymuje dzisiaj,” mówi Władimir Airapetian, główny autor artykułu i heliofizyk z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland. „Oznacza to, że Ziemia powinna być wtedy lodowym globem. Jednak dowody geologiczne wskazują, że Ziemia była wtedy ciepłym globem z wodą w stanie ciekłym na powierzchni. Zjawisko to nazywamy Paradoksem słabego, młodego Słońca. Nowe badania wskazują, że głównym 'ogrzewaczem’ Ziemi były burze słoneczne.”
Naukowcy aktualnie są w stanie odtworzyć historię naszego Słońca poszukując podobnych do niego gwiazd w naszej Galaktyce. Po ustawieniu tego typu gwiazd w kolejności pod względem wieku, otrzymujemy oś, na której możemy prześledzić ewolucję naszej Gwiazdy Dziennej. To właśnie dzięki tego typu informacjom naukowcy wiedzą, że 4 miliardy lat temu Słońce było ciemniejsze. Badania tego typu wskazują także, że gwiazdy podobne do Słońca na wczesnym etapie życia charakteryzują się dużo większą aktywnością na powierzchni – potężnymi rozbłyskami promieniowania – podobnymi do rozbłysków, które teraz też możemy obserwować na Słońcu. Tego typu rozbłyskom często towarzyszą potężne obłoki materii słonecznej zwane koronalnymi wyrzutami masy (CME).
W ramach misji Kepler naukowcy odkryli gwiazdy przypominające nasze Słońce w kilka milionów lat po narodzinach. Dane z Keplera wskazują na wiele przykładów tzw. super-rozbłysków – potężnych eksplozji, do których w dzisiejszych czasach dochodzi średnio co 100 lat. Zupełnie inaczej jest w przypadku młodych gwiazd – one potrafią produkować nawet dziesięć super-rozbłysków dziennie.
Choć nasze Słońce wciąż wytwarza rozbłyski i CME, nie są one już tak częste czy tak intensywne jak to miało miejsce w przeszłości. Co więcej, Ziemia dzisiaj charakteryzuje się silnym polem magnetycznym, które powstrzymuje znaczną część energii z takich rozbłysków od uderzenia w Ziemię. Pogoda kosmiczna może jednak istotne zaburzyć magnetyczny bąbel wokół naszej planety – jej magnetosferę. Zjawisko zwane burzą geomagnetyczną może istotne zaburzyć komunikację radiową i pracę satelitów w przestrzeni kosmicznej. Prowadzi ono także do powstawania zórz polarnych.
Młoda Ziemia charakteryzowała się słabszym polem magnetycznym, przez co cząsteczki wiatru słonecznego docierały nad dużo rozleglejszy obszar wokół biegunów.
„Nasze obliczenia wskazują, że regularnie możnaby było obserwować zorze nawet bardzo daleko od obszarów okołobiegunowych,” mówi Airapetian. „Zatem cząsteczki pogody kosmicznej podróżując po liniach pola magnetycznego uderzały w liczne cząsteczki azotu w atmosferze. Zmiana składu chemicznego atmosfery mogła być kluczowa dla powstania życia na Ziemi.”
Atmosfera wczesnej Ziemi także była zupełnie inna niż obecnie: azot cząsteczkowy – tzn. dwa atomy azotu związane ze sobą w cząsteczkę – odpowiadał za 90 procent atmosfery. Aktualnie azotu w atmosferze jest 78%. Gdy energetyczne cząstki uderzały w cząsteczki azotu, rozbijały je na pojedyncze atomy azotu. Te z kolei zderzały się z dwutlenkiem węgla rozdzielając go na tlenek węgla i tlen.
Swobodny azot i tlen łączyły się w tlenek azotu, który jest silnym gazem cieplarnianym. Jeżeli chodzi o ogrzewanie atmosfery, tlenek azotu jest niemal 300 razy skuteczniejszy od dwutlenku węgla. Obliczenia przeprowadzone przez zespół naukowców wskazują, że jeżeli we wczesnej atmosferze znajdowało się mniej tlenku azotu niż 1% dwutlenku węgla, byłby on w stanie ogrzać atmosferę na tyle, aby pojawiła się woda w stanie ciekłym na powierzchni Ziemi.
Taki ciągły przypływ cząstek wiatru słonecznego na Ziemię mógł jednak nie tylko ogrzać atmosferę – mógł także dostarczyć na Ziemię energię niezbędną do powstawania złożonych związków chemicznych. Na planecie usianej prostymi cząsteczkami musi pojawić się naprawdę dużo energii z zewnątrz, aby stworzyć cząsteczki takie jak RNA i DNA, które z czasem prowadzą do powstania życia.
Choć ilość dostarczanej energii jest bardzo ważna dla ewoluującej planety, za duże ilości energii też mogą stanowić problem – bezustanny łańcuch słonecznych erupcji może powodować potężne przepływy silnego promieniowania. Tego typu ulewa obłoków magnetycznych może zniszczyć atmosferę planety, jeżeli jej magnetosfera jest zbyt słaba. Zrozumienie tego typu równowagi może pomóc naukowcom w określaniu jakiego rodzaju planety krążące wokół jakich rodzajów gwiazd mają szansę na rozwinięcie się na nich życia.
Źródło: NASA