L'astronomo Petrus Martens della Georgia State University (USA) ritiene che il Sole fosse più pesante nei tempi antichi di oggi. Ciò ha permesso alla giovane stella di brillare come lo è oggi e di fornire condizioni vivibili sulla Terra e su Marte. Ormai, il luminare è diventato più leggero. La ricerca, disponibile presso la libreria di prestampa elettronica arXiv.org, sta affrontando il debole paradosso del giovane sole. Di seguito vi parleremo della storia del luminare.
Il giovane Sole è apparso circa 4,5 miliardi di anni fa come oggetto della sequenza principale. Secondo la teoria standard dell'evoluzione stellare nei tempi antichi, il Sole era circa il 30 percento più debole di quanto non sia oggi. Rimane un mistero come, con una stella così debole, la giovane Terra fosse abbastanza calda da fornire alla sua superficie acqua liquida. Questa contraddizione è chiamata il debole paradosso del giovane Sole.
Il paradosso è rilevante anche per Marte, su cui mari e oceani di acqua liquida esistevano da centinaia di milioni di anni, sebbene il Pianeta Rosso riceva circa la metà della quantità di luce solare che la Terra riceve.
I dati geologici indicano che l'acqua è apparsa presto sulla Terra e su Marte. Il passato del Sole può essere scoperto osservando altre stelle della sequenza principale. Le simulazioni indicano che le stelle di tipo spettrale G, a cui appartiene la stella più vicina alla Terra, così come gli oggetti di classe K e M, non si sviluppano troppo rapidamente e la zona di abitabilità attorno a tali stelle si sta gradualmente spostando verso l'esterno.
È stato proposto di risolvere il paradosso del debole e giovane Sole in diversi modi. Il motivo del riscaldamento dell'atmosfera del pianeta era chiamato un forte effetto serra da anidride carbonica o metano, energia geotermica inizialmente più calda di oggi, il nucleo terrestre, l'albedo inferiore della Terra nell'antichità, la vita che si sviluppa in un ambiente freddo sotto una lastra di ghiaccio di 200 metri di spessore, anche un'opzione con costante gravitazionale variabile.
Marte nell'antichità (come immaginato dall'artista)
Martens ritiene che la maggior parte di queste spiegazioni abbia gravi difetti. Ad esempio, non è chiaro quando l'effetto serra debba cessare, in modo che ciò che è successo su Venere, la cui atmosfera è così calda che la vita è praticamente impossibile in essa, non avvenga. Inoltre, non sono state ancora trovate tracce sufficienti di anidride carbonica in eccesso in antichi campioni geologici.
Martens ritiene che molte spiegazioni del paradosso del giovane sole tengano conto solo dei processi che si verificano sulla Terra, e non su Marte, e non suggeriscono una spiegazione di questa contraddizione per altri sistemi planetari. A tal proposito, l'astronomo americano ha deciso di richiamare la vecchia, ma oggi impopolare ipotesi, secondo la quale l'antico Sole era più massiccio di quello attuale.
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Un luminare appartenente alla stessa classe spettrale emette più energia, più è pesante. Ciò significa che se nei tempi antichi il Sole nelle sue dimensioni attuali era del 30% più debole, è possibile calcolare quanto la stella più vicina alla Terra fosse più pesante da brillare come fa oggi.
Circa tre miliardi di anni fa, secondo le stime dello scienziato, il luminare perdeva circa 0,0000000000075 della sua massa ogni anno (circa il tre per cento della massa iniziale per tre miliardi di anni di esistenza); attualmente, questo valore è inferiore di due ordini di grandezza ed è insignificante per tenere conto del cambiamento di luminosità della stella. Lo scienziato è giunto a tali conclusioni, avendo attirato l'attenzione sul fatto che nel tempo il Sole e la maggior parte di queste stelle rallentano la loro rotazione.
Secondo l'autore, ciò è dovuto alla perdita della loro massa da parte del Sole e di stelle simili (quando viene rispettata la legge di conservazione del momento angolare). Ad esempio, il grande compagno della stella binaria 70 Ofiuco è circa 1,1 volte più leggero del Sole, ha 0,8 miliardi di anni e diventa più leggero a una velocità di 0,000000000003 masse solari all'anno. Affinché i pianeti locali abbiano le condizioni adatte all'esistenza di acqua liquida, un tale regime di perdita di massa deve essere mantenuto per circa 2,4 miliardi di anni.
Gli antichi ghiacciai pieni della Terra, che sono sostituiti dall'acqua che si scioglie, spiega Martens in modo piuttosto prosaico - l'attività vulcanica, insieme alla quale i gas serra entrano nell'atmosfera, così come il feedback positivo.
Il Sole
La perdita delle loro masse da parte del Sole e di simili luminari nei tempi antichi avrebbe dovuto essere accompagnata dall'emergere di venti solari (stellari) stabili e forti. Il Sole moderno non produce tali emissioni di materia. Può sembrare che la stella non avesse motivo di farlo prima, quindi l'ipotesi di un antico Sole massiccio è impopolare. Martens crede che non sia così: l'attuale tasso di perdita di massa da parte del Sole non è sufficiente per rallentare dai primi quattro-cinque giorni agli attuali 26 giorni.
Il punto di vista di Martens non spiega come dovrebbe essere preservata la vita su un pianeta irradiato da forti venti stellari. Nel frattempo, le spiegazioni del paradosso del giovane sole basate sull'effetto serra sono ancora rilevanti e nel tempo queste teorie vengono integrate.
Ad esempio, non solo i vulcani, ma anche gli asteroidi possono prendere parte al riempimento dell'atmosfera terrestre con anidride carbonica e metano. Quindi, gli scienziati hanno creato un nuovo modello di rilascio di gas sulla Terra, che ha dimostrato la forza sufficiente dell'effetto serra per l'esistenza di oceani liquidi già nelle prime fasi dello sviluppo del pianeta, in condizioni di scarsa illuminazione. A differenza di studi precedenti, che offrono anche una possibile spiegazione della presenza di acqua liquida sull'antica Terra mediante il degassamento vulcanico (rilascio di gas serra nell'atmosfera durante le eruzioni vulcaniche), il nuovo lavoro tiene conto del bombardamento attivo del pianeta da parte degli asteroidi.
Raggiungendo un centinaio di chilometri di diametro, questi corpi celesti, cadendo sulla Terra, provocano lo scioglimento di grandi volumi di rocce, creando enormi laghi di lava. Quando si raffreddano, rilasciano abbastanza anidride carbonica e quindi riscaldano l'atmosfera. Il bombardamento del pianeta, secondo gli scienziati, ha portato al rilascio di zolfo dalle sue viscere, necessario per la formazione della vita organica.
