Большое Солнце
Стандартные модели развития звезд показывают, что в молодости Солнце было заметно тусклее, чем сейчас. Но что тогда уберегло Землю от замерзания? Быть может, Солнце, напротив, было немного крупнее и потому ярче?
Большинство звезд увеличивают свою яркость по мере старения. Это связано с тем, что их ядра постепенно становятся все плотнее и горячее. Если Солнце следовало тому же пути, то 4.5 миллиарда лет назад оно светила на 30% слабее.
«Тусклое молодое Солнце создает парадокс, так как температуры на Земле и Марсе в этом случае были бы слишком низкими для существования жидкой воды», – говорит Штей Сигурдсон, сотрудник Университета штата Пенсильвания. Но геологические исследования на Земле показывают, что 4.4 миллиарда лет назад на нашей планете уже существовали океаны, и находится все больше подтверждений того, что 4 миллиарда лет назад такие же условия были на Марсе.
Для того, чтобы разрешить это противоречие, для Солнца необходимо разработать модель развития, не просто отличающуюся от стандартной, но позволяющую Солнцу развиваться в противоположном направлении – уменьшения яркости. Если просто предположить, что 4.4 миллиарда лет назад Солнце имело достаточную температуру для утепления Земли и Марса, то сейчас нам бы не пришлось ждать весны.Солнечный ветер не решает проблему уменьшения яркости Солнца. Он должен был быть слишком сильным, чтобы сдуть с Солнца достаточно массы для достижения его нормального состояния. Сигурдсон и его коллеги подошли к проблеме по-новому.
Парниковый эффект
Гипотеза крупного молодого Солнца имеет мало сторонников. Место основной гипотезы постепенно занимает лавинообразный парниковый эффект. Не на Солнце, разумеется. Первым объяснением теплоты Земли 4.4 миллиардов лет назад был парниковый эффект, вызванный аммиаком, газом, большое количество которого эффективно удерживает тепло в атмосфере планеты. Но оказалось, что этот газ подвержен разрушению ультрафиолетовым излучением Солнца. Ему на смену пришел углекислый газ, диоксид углерода. Его количество должно было достигать гигантских масштабов, в сто раз больше чем сейчас. Но эта гипотеза не выдержала геологическую проверку. Оказалось, что сидерит (FeCO3), образующийся при избытке углекислого газа в атмосфере, практически отсутствует в образцах того времени.
Даже если удастся найти подходящего кандидата на роль парникового газа на Земле, что делать с Марсом? Красная планета находится дальше от Солнца. А если Земле надо было в 100 раз больше углекислого газа, чем сейчас (а мы уже волнуемся о глобальном потеплении и парниковом эффекте), то сколько же его должно было быть на Марсе? Настолько много, что газ начал бы собираться в облака, уводя тепло, а не удерживая.
«Для Марса парниковый эффект не может быть объяснением, – говорит Сигурдсон. – Но геохимики, возможно, пока не готовы отказаться от этой гипотезы».
Ветер перемен
Неудачи в климатическом подходе к объяснению парадокса заставляют снова задуматься над параметрами Солнца. Было показано, что необходимо объяснить, откуда в те времена у Солнца появилось «всего» 2-5 процентов лишней массы. Чуть меньше, и тепла бы не хватило для поддержания океанов на Земле, чуть больше, и Солнце эволюционировало бы по-другому. Сигурдсон со своими сотрудниками разработал собственную модель эволюции Солнца, более сложную, чем другие.
Кроме массы, для настройки доступны и другие параметры, такие как относительное содержание элементов в Солнце и степень турбулентности его плазмы. «Сегодня мы знаем о Солнце достаточно много, чтобы ограничить параметры в модели», – говорит Сигурдсон. А если их можно ограничить, упростив расчет, значит, можно ввести дополнительные параметры за счет этого выигрыша. Все это нужно для того, чтобы заставить солнечный ветер сдуть необходимое количество материи в необходимое время.
Если бы солнечный ветер всегда был примерно таким же, как сейчас, то Солнце потеряло бы за последние 4.4 миллиарда лет всего 0.05% свей массы. Большинство специалистов сходятся во мнении, что раньше солнечный ветер был сильнее, но насколько сильнее –неизвестно. Для того, чтобы обеспечить достаточный нагрев Земли и потерю массы Солнцем, не нарушающую надежно известных ограничений, этот процесс должен был занять несколько сотен миллионов лет. Это означает, что ветер был в тысячу раз быстрее, чем сейчас. Но такие быстрые ветра характерны для очень больших и очень маленьких звезд, а не для Солнца.
Отметки расширения
Если Солнце в молодости потеряло заметную часть своей массы, это должно было оставить отпечаток на Солнечной системе. Некоторые метеориты показывают повреждения кристаллической решетки, объясняемые мощным солнечным ветром, но насколько мощным, сказать трудно. Более массивное Солнце могло оставить свои следы и в динамике Солнечной системы. Например, планеты, могли находится на более низких орбитах из-за увеличения притяжения Солнца, хотя в этом случае отличие вряд ли можно заметить сегодня, оно было слишком мало. Признаки гравитационных возмущений можно найти в спутниках планет со странными орбитами. По мере потери массы Солнцем газовые гиганты могли захватить несколько лишних спутников, но те так и остались на высоких сильно наклоненных орбитах. Тем не менее, эту орбиту еще нужно объяснить именно Солнцем, а не каким-то другим воздействием. Сигурдсон надеется найти признаи крупного Солнца в нем самом. Он возлагает надежды на успехи гелиосейсмологии. «Ядро Солнца даст нам какой-нибудь знак», – говорит он.
