Лишний вес молодой звезды: Борьба с парадоксом
Стандартная модель звездной эволюции указывает, что с возрастом звезды солнечного типа начинают светиться все ярче. Соответственно, 4 млрд лет назад Солнце должно было излучать на треть меньше энергии, чем сегодня. Нехитрый расчет показывает, что при этом на Земле было бы довольно холодно, и вся вода на ее поверхности полностью бы замерзла.
Однако геологи уверенно показывают, что в ту эпоху на Земле царил влажный и теплый климат, способствовавший возникновению жизни. То же, кстати, касается и соседнего Марса, который тогда также мог похвастаться весьма обширным океаном воды. Эта проблема хорошо известна под названием парадокса слабого молодого Солнца.
Разрешить парадокс пытаются, привлекая самые разные механизмы. Так, одни авторы полагают, что Землю подогревал мощный парниковый эффект, вызванный высоким содержанием в атмосфере вулканических газов — прежде всего, углекислого газа и метана. Другие считают, что сама Земля в то далекое время находилась ближе к Солнцу. Третьи — что молодое Солнце было намного активнее, чем сейчас. Ни одно из объяснений пока не принято окончательно, и мы не раз писали о дебатах вокруг этой проблемы.
Занимается ей и команда американского исследователя Стейна Сигурдссона (Steinn Sigurdsson). Они планируют смоделировать различные сценарии эволюции Солнца и сравнить результаты моделирования с имеющимися фактическими данными.
В самом деле, пока что все из предложенных гипотез выглядят довольно сомнительными. Возьмем, к примеру, самую популярную сегодня версию о парниковом эффекте. На Земле подобный результат могло бы дать наличие достаточных количеств аммиака в атмосфере, однако этот газ быстро разлагается под действием солнечного излучения. А необходимые для этого количества углекислого газа исключительно велики — в сотни раз больше сегодняшних значений — и не согласуются с данными палеогеологии.
В конце концов, для Марса, находящегося дальше от Солнца, парниковый эффект должен был бы быть и того сильнее. Расчеты показывают, что для создания нужной температуры в марсианской атмосфере должны были появляться плотные облака углекислого газа, которые не столько согревали бы планету, сколько охлаждали бы ее, отражая значительную часть солнечных лучей обратно в космос.
Поэтому Сигурдссон и его коллеги ориентируются на иную гипотезу. Согласно ей, для того, чтобы молодое Солнце было достаточно ярким для поддержания жидких океанов на Земле и Марсе, в ту эпоху оно должно было быть тяжелее, чем это показывают обычные расчеты — примерно на 2−5%. Меньшая масса не создаст достаточно энергии, большая привела бы к тому, что Солнце эволюционировало бы, как звезда уже другого типа.
Чтобы переосмыслить прошлое нашей звезды, ученые намерены использовать новую, намного более сложную компьютерную модель звездной эволюции. Она позволит провести расчеты, варьируя не только массу, но и другие важные параметры — такие, как первоначальное содержание различных химических элементов, интенсивность турбулентных процессов в плазме
Главной своей задачей авторы видят согласование тогдашней и теперешней масс Солнца. Ведь оно должно потерять на 2−5% больше массы, чем мы ожидали до сих пор. Улетучивание массы происходит с потоком частиц солнечного ветра. Однако расчет, проведенный, исходя из современной интенсивности солнечного ветра, дает цифру лишь в 0,5%. Возможно, в прошлом он был в несколько раз сильнее — но почему?.. К тому же, для того, чтобы все в этом паззле сошлось, Солнце должно было избавиться от «лишнего веса» исключительно быстро, за несколько сотен миллионов лет. Для этого солнечный ветер в ту эпоху должен был быть в тысячу раз сильнее, чем сегодня.
Насколько нам известно, столь мощные ветры испускают звезды либо больших, либо малых размеров, но середнячки вроде нашего Солнца, этим не отличаются. Но может, мы ошибаемся?.. Разрешить эту проблему могли бы новые исследования астероидов. Тела эти сформировались еще на заре существования Солнечной системы и сохранились с тех пор практически в неизменном виде, неся воспоминания о той далекой эпохе. И действительно, некоторые из них несут кристаллы с повреждениями, которые наверняка связаны с более мощным воздействием солнечного ветра. С другой стороны, этого пока нельзя утверждать однозначно, а тем более — оценить интенсивность солнечного ветра, исходя из исследований астероидов.
И тем не менее, Сигурдссон почти уверен в том, что решение парадокса кроется именно в «лишнем весе» молодого Солнца. Некоторые следы этого обнаружили пять лет назад ученые, которые исследовали орбитальную динамику крупных тел Солнечной системы. Они показали, что в эпоху молодости планеты могли находиться ближе к звезде из-за ее чуть более высокой массы. Правда, эти цифры слишком невелики, чтобы служить надежным свидетельством.
Возможно, новые данные принесут углубленные исследования самого Солнца. Возможно, оно до сих пор несет некоторые следы того прошлого — и они могут проявиться, когда мы научимся лучше понимать, что происходит глубоко под поверхностью звезды, и сможем внимательнее следить за этими процессами.
По публикации Astrobiology Magazine