«Парадокс слабого молодого Солнца», озадачивший Карла Сагана

Если миллиарды лет назад Солнце было холоднее, почему Земля не замерзла?

Карл Саган, знаменитый астроном и популяризатор науки, столкнулся с парадоксом, который долгое время озадачивал ученых: если Солнце в молодости было тусклее, чем сейчас, почему Земля не превратилась в ледяной шар? Ведь согласно стандартным моделям звездной эволюции, 4,57 миллиарда лет назад, когда в ядре Солнца зажглась термоядерная реакция, его светимость была примерно на 30% ниже современной.

“Мы видим, что глобальная температура Земли опустилась ниже точки замерзания морской воды менее 2,3 эона назад (1 эон равен 10 ⁹ лет); 4,0–4,5 эона назад глобальная температура составляла около 2,63°C”, — писали Карл Саган и Джордж Маллен, обратив свое внимание на эту тему в 1972 году.

“Если бы мы использовали 50 процентов для ΔL, точка замерзания морской воды была бы достигнута около 1,4 эонов назад, а температура 4,0–4,5 эонов назад была бы около 245°K. Из-за нестабильности альбедо […] маловероятно, что обширные запасы жидкой воды могли бы существовать где-либо на Земле с такими глобальными средними температурами”.

Казалось бы, простое уменьшение солнечного излучения должно было привести к значительному похолоданию на Земле. Расчеты показывали, что глобальная температура должна была опуститься ниже точки замерзания воды, превратив нашу планету в снежный ком. Однако геологические данные свидетельствуют о том, что уже 3,2 миллиарда лет назад на Земле существовала жидкая вода, а найденные окаменелости водорослей того же периода указывают на вполне комфортные условия для жизни. Получается противоречие: Солнце грело слабо, а Земля не замерзала. В чем же дело?

Ученые предложили несколько гипотез, объясняющих этот парадокс, известный как “парадокс слабого молодого Солнца”. Одна из них – мощный парниковый эффект. Возможно, в ранней атмосфере Земли присутствовала высокая концентрация парниковых газов, таких как углекислый газ, метан или аммиак (на последнем варианте настаивал сам Саган), которые удерживали тепло и компенсировали недостаток солнечного излучения. Интересно, что повышенный уровень углекислого газа мог быть связан с активной вулканической деятельностью, характерной для молодой Земли.

Также рассматривается роль Луны. В далеком прошлом Луна находилась гораздо ближе к Земле, чем сейчас, и оказывала на нее более сильное гравитационное воздействие, вызывая приливные силы. Эти силы могли разогревать недра Земли, выделяя дополнительное тепло и способствуя поддержанию температуры выше точки замерзания воды. Кроме того, некоторые исследователи считают, что радиоактивный распад элементов в недрах молодой Земли мог быть источником значительного количества тепла.

Еще одним интересным аспектом этого парадокса является наличие следов жидкой воды на Марсе в далеком прошлом. Геологические данные свидетельствуют о том, что около 3,6 миллиарда лет назад, а возможно и ранее, на поверхности Марса существовали реки и озера. Это еще больше усложняет картину, ведь Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, и должен был замерзнуть еще быстрее.

Объяснения для Марса включают накопление углекислого газа в атмосфере или выбросы метана, создававшие парниковый эффект. Однако для получения более точных данных необходимо детально изучить марсианские породы, что, возможно, станет реальностью не раньше 2040 года, когда планируются новые миссии по доставке образцов с Марса.

Таким образом, парадокс слабого молодого Солнца остается открытым вопросом, над которым продолжают работать ученые. Возможно, решение кроется в комбинации нескольких факторов, включая парниковый эффект, изменения солнечной активности, внутреннее тепло Земли и влияние Луны. Разгадка этой загадки поможет нам лучше понять историю формирования нашей планеты и условия, способствовавшие зарождению жизни.