М. Вартбург
«Так называемый «парадокс
молодого Солнца» известен науке вот уже 40 лет. Его впервые
сформулировали американские астрономы Саган и Мюллен в статье «Солнце и Земля:
эволюция атмосферы и наземной температуры», опубликованной в журнале Science в
1972 году. В этой статье они показали, что существует некое странное
расхождение между данными астрономии о прошлом нашего Солнца и данными
геологии о прошлом нашей Земли.
С одной стороны, если верить общепринятой модели эволюции звезд солнечного типа, наше светило должно было начать свою жизнь как тускловатая звезда с яркостью на 25-30% меньше, чем сейчас, потому что по этой модели (подтвержденной многими данными) звезда солнечного типа должна разогреваться постепенно, по мере того, как все больше водорода в ее недрах превращается в гелий с выделением при этом все большей и большей энергии.
На эту тему:
С одной стороны, если верить общепринятой модели эволюции звезд солнечного типа, наше светило должно было начать свою жизнь как тускловатая звезда с яркостью на 25-30% меньше, чем сейчас, потому что по этой модели (подтвержденной многими данными) звезда солнечного типа должна разогреваться постепенно, по мере того, как все больше водорода в ее недрах превращается в гелий с выделением при этом все большей и большей энергии.
Но если молодое Солнце было на 25% тусклее, чем сейчас, оно никак не могло согреть молодую Землю до тех температур, которые необходимы для существования жидких океанов. Такие океаны могли появиться (по мере разогревания Солнца) только 2,7 миллиарда лет назад, а до этого Земля должна была оставаться замерзшей.
 |
| http://www.delo.si/assets/media/picture/20130108/super-earth-hd-85512-alien-planet-2.jpeg |
Между тем, согласно надежным данным геологии, океаны на Земле появились уже 3,8 миллиарда лет назад, и земная поверхность всегда была достаточно теплой. Более того, сегодня к этому можно еще добавить, что по данным, собранным в марсианских исследованиях, даже на Марсе, намного более далеком от Солнца, чем Земля, 4 миллиарда лет назад тоже были жидкие океаны.
Решение этого парадокса было предложено Саганом и Мюлленом. Уже с середины XIX века было известно, что Землю и сейчас спасают от холодов парниковые газы. Сванте Аррениус в конце XIX века подсчитал, что если бы в атмосфере их не было, на Земле царил бы изрядный холод. Земля отражает около 30% приходящего тепла, и если бы все это тепло беспрепятственно выходило в космос, среднегодовая температура на Земле была бы минус 18-19 градусов, что на целых 33 градуса меньше, чем в действительности.
Парниковые газы отражают это тепло обратно к Земле, тем самым нагревая ее. Исходя из этого, Саган и Мюллен предположили, что во времена молодого Солнца Землю спасал от обледенения какой-нибудь мощный парниковый газ. По их мнению, это мог быть аммиак, наполнявший тогдашнюю атмосферу. Однако вскоре было показано, что ультрафиолетовое излучение Солнца быстро разрушает молекулы аммиака в атмосфере, так что эта гипотеза оказалась несостоятельной. Но сама идея - объяснить парадокс молодого Солнца действием парниковых газов - показалась ученым плодотворной, и, перебрав другие возможности, большинство специалистов пришли к мысли, что это была смесь газов, главным из которых был углекислый газ (СO2). Это тем более правдоподобно, что углекислый газ обильно выбрасывается при вулканических извержениях, а на молодой, раскаленной Земле такие извержения были явлением крайне частым и вполне могли наполнить этим газом ее атмосферу.
Другие специалисты указали, однако, что для существования жидких океанов во времена молодого Солнца необходимо было, чтобы концентрация углекислого газа в атмосфере Земли была примерно в 100 раз выше нынешней. Вулканические извержения вряд ли могли создать такую концентрацию. Тогда было предложено дополнение, согласно которому в атмосфере молодой Земли наряду с СO2 содержался также метан, а его «парниковая эффективность» много больше эффективности углекислого газа. Но и это дополнение оказалось недостаточным, потому что вскоре выяснилось, что метан быстро распадается под воздействием солнечных лучей, так что в отсутствие непрерывного пополнения его содержание в атмосфере неизбежно спадает к нулю. Пришлось искать новых «пособников», и в 2009 году была выдвинута еще одна гипотеза, по которой вторым помощником углекислого газа было соединение углерода, кислорода и серы.
Расчеты показали, что эти три газа, действуя совместно, могли обеспечить достаточную защиту молодой Земли от замерзания. Однако не надолго, потому что их концентрация в атмосфере не оставалась постоянной. Метан разрушался солнечными лучами, а что до углекислого газа, то он непрерывно поглощался океаном. В тот же океан непрерывно поступали ионы кальция и железа, вымываемые из скал эрозией и дождями. Соединяясь в воде с углекислым газом, эти ионы превращались в карбонаты, которые оседали на океанское дно, унося с собой часть углерода. Поэтому содержание углекислого газа в атмосфере тоже уменьшалось, и неизбежно должен был наступить момент, когда парниковых газов уже не хватало, чтобы компенсировать тусклость молодого Солнца. Должно было наступить обледенение, и, не видя иного выхода из парадокса, американский геолог Киршвинк выдвинул гипотезу «Земли как снежного кома», по которой молодая Земля действительно время от времени переживала полное обледенение.
 |
| Обледенение Земли (В лаборатории исследователя. Часть 4) |
Согласно гипотезе Киршвинка, каждое такое обледенение начиналось, когда вулканы временно затихали и парниковых газов становилось меньше. Но затем, за счет движения континентальных плит, открывались новые вулканические жерла, извержения возобновлялись, выбрасывались новые массы углекислого газа, и поскольку океаны были покрыты льдами и не могли поглощать этот газ, его содержание в атмосфере нарастало, он все больше отражал тепло Земли назад, к ее поверхности, она разогревалась, льды таяли, поверхность океанов очищалась, они снова начинали поглощать углекислый газ и весь этот цикл повторялся снова. Но Солнце тем временем «взрослело» и раскалялось, так что парниковых газов требовалось все меньше, и потому последнее такое полное обледенение, по расчетам Киршвинка, произошло 630 миллионов лет назад, после чего установились нынешние циклы коротких ледниковых периодов и столь же коротких потеплений.
 |
| Земля 630 млн лет назад |
И если бы все кончилось на гипотезе Киршвинка! Но и она споткнулась на вроде бы незначительном, но неустранимом препятствии. Оно состояло в том, что на полностью обледеневшей Земле не могла сохраниться никакая жизнь, а между тем она, по данным палеонтологов, зародилась уже 3,5 миллиарда лет назад и с тех пор никогда не прерывалась. Ученые бросились «латать» гипотезу Киршвинка предположением, что Земля, мол, замерзала не полностью, на ней оставались «промоины», где и могла сохраниться жизнь, но многим специалистам это предположение показалось слишком искусственным, и тогда появилась совершенно новая теория, в которой основную роль играли… космические лучи.
Еще более полувека тому назад была высказана мысль, что эти потоки заряженных частиц, врываясь в земную атмосферу, разбивают ее атомы и порождают множество ионов, которые, как уже давно было известно, становятся центрами конденсации воды, то есть способствуют образованию облаков; облака же отражают солнечное тепло и тем самым ведут к похолоданию. В периоды усиленной активности Солнца испускаемый им поток частиц (солнечный ветер) становится сильней, он рассеивает часть космических лучей, и вызванное ими похолодание на Земле становится меньше. Поэтому была сформулирована еще одна гипотеза, призванная объяснить парадокс молодого Солнца. Согласно ей, замерзание молодой Земли вызывалось, в основном, не тусклым Солнцем, а сильными космическими лучами. Солнце при своем обращении вокруг центра Галактики периодически проходит через места, где усиленно образуются новые звезды и потому испускаются усиленные потоки космических лучей. При каждом таком проходе на Земле должно было начинаться сильное похолодание, но поскольку молодое Солнце испускало более сильный солнечный ветер, оно препятствовало этому, а если еще к этому добавлялось даже небольшое количество парниковых газов, то суммарно Земля оставалась достаточно теплой.
К сожалению, эта гипотеза предсказывала, что такие явления должны были повторяться периодически, при каждом прохождении Солнца в соответствующем участке Млечного пути, но в земных отложениях древних периодов такие периодические следы, несмотря на все поиски, не были обнаружены. Однако брошенное зерно все-таки проросло, хотя и в неожиданном направлении: новые «борцы с парадоксом» выступили недавно с очередной, последней по счету теорией. Они предполагают, что молодое Солнце действительно выбрасывало повышенно сильный поток частиц, но не затем, чтобы бороться с космическими лучами, а для того, чтобы вернуть Солнце на ту главную линию развития, на которой оно находится сейчас. По новой гипотезе, молодое Солнце родилось чуть «в стороне» от этой линии - в том смысле, что оно было немного массивнее, чем положено в молодости обычным звездам такого типа.
Поэтому оно было не тусклее, а ярче обычного. Это значит, прежде всего, что никакого «парадокса молодого Солнца» не было вообще. Но как Солнце стало таким, каково оно сейчас, то есть нормальным? Более массивное и яркое молодое Солнце, говорит новая гипотеза, испускало более мощный поток заряженных частиц. Этот поток уносил в космос часть массы Солнца. И так постепенно оно уменьшалось в массе, пока не стало таким, как положено нормальным звездам его типа, то есть вернулось на главную линию развития.
Но и здесь есть какое-то «но». Действительно, расчеты показывают, что для ликвидации «парадокса» молодое Солнце должно было быть на 2-5% массивнее нормального. Было бы оно меньше, опять возник бы парадокс, было бы больше - не смогло бы вернуться на главную линию.
 |
| «Сильные ветры были зафиксированы возле массивных звезд и звезд с малой массой, но свидетельств мощной активности такого рода возле средних звезд, таких как Солнце, замечено не было» http://vzglyadzagran.ru/nauka/uchenye-schitayut-chto-davnym-davno-nashe-solnce-bylo-bolshe.html |
Но для того, чтобы солнечный ветер смог за прошедшее время унести такой избыток массы, он должен был быть в 1000 раз мощнее, чем сейчас. Могло ли это быть? Теория говорит, что такой силы «ветер» характерен лишь для очень массивных или очень легких звезд, но не для звезд «промежуточного типа», как Солнце. И вот компьютерные расчеты, которые намерены произвести ученые, призваны проверить, мог ли быть такой период сверхмощного ветра в истории молодого Солнца. И если мог, то где, скорее всего, он оставил следы, которые можно было бы обнаружить сегодня? Обнаружить - и раз-навсегда положить конец спорам вокруг «парадокса молодого Солнца»». (Михаил Вартбург «Солнце вчера и сегодня». «Знание-сила», № 3, 2013 год, стр. 99-101).
[Федор Дергачев: Вышеприведенная статья свидетельствует, как мала была вероятность возникновения развитой (а не примитивной) жизни на Земле.]
[Федор Дергачев: Вышеприведенная статья свидетельствует, как мала была вероятность возникновения развитой (а не примитивной) жизни на Земле.]
«Тайная история Солнечной системы». Часть 9. «Давно потерянные родственники Солнца. (С.П. Цварт)». http://artefact-2007.blogspot.ru/2013/05/blog-post.html
На эту тему:
«Тайная история Солнечной системы». Часть 2. (4 октября 2011 года).
Предложена новая модель, объясняющая парадокс слабого молодого Солнца
ОтветитьУдалить"Ещё Карл Саган говорил, что в пору предполагаемого зарождения жизни на Земле 3,5 млрд лет назад светимость Солнца, согласно всем расчётам, должна была составлять 70% от нынешней. Однако обычные климатические модели при 30-процентном снижении инсоляции планеты дружно показывают вечное глобальное оледенение, что не очень подходит для образования жизни. Собственно, к этому и сводится весь парадокс слабого молодого Солнца: если тогда на планете было тепло, то почему сейчас мы не умираем от жары, и если сейчас мы вполне живы, то почему наши предки археи не замёрзли 3,5 млрд лет назад?
Эрик Вольф (Eric Wolf) и его коллеги по Колорадскому университету в Боулдере (США) попробовали ответить на этот вопрос с использованием 3D-модели изменений климата Земли 2,8 млрд лет назад. От обычной одномерной, самой простой для расчётов она отличается тем, что не рассматривает систему «инсоляция — атмосфера — поверхность» как некую практически одномерную цепочку-колонну от нашего светила к поверхности Земли, а учитывает эту систему в трёх измерениях, добавляя в уравнения перемешивание атмосферных слоёв, горизонтальный перенос воздушных масс, разное альбедо для океанской поверхности, суши и морского льда полярных шапок, а также образование облаков, тоже существенно меняющее альбедо планеты. Модель, названная Community Atmospheric Model v. 3.0, само собой, оказалась очень сложной в обсчёте и потому потребовала длительных вычислений на суперкомпьютере «Янус».
В итоге получилось, что простейшее решение, при котором климат выходит таким же мягким, как на сегодняшней Земле, требует присутствия в атмосфере 2% углекислого газа и 0,1% метана — в двадцать раз превосходящего первый газ по вкладу в парниковый эффект на единицу объёма...
Позвольте, скажете вы, разумеется, они не рассматривали такой вариант, ведь вычисления г-на Вольфа относятся ко времени 2,8 млрд лет назад, то есть натурально к неоархею! А научного консенсуса о существовании оледенений в архее нет вовсе, и первым вполне достоверным считается гуронское, случившееся в следующую за археем геологическую эру — протерозой, через сотни миллионов лет после точки, которую моделировали авторы рассматриваемой работы. Иными словами, исходя из имеющихся данных, 2,8 млрд лет назад климат Земли не соответствовал в полной мере ни первому сценарию, обсчитанному ими, ни тем более второму — более прохладному, ибо и в плейстоценовом мире периодически случаются оледенения, в то время как 2,8 млрд лет назад их не было, что в теории должно соответствовать более мягким и стабильным погодам.
Как бы то ни было, эти выводы весьма интересны. Предложенная модель позволяет рассматривать архей как период, требующий сравнительно небольших количеств парниковых газов для поддержания жизни. Да, 2% СO2 могут показаться жутковатыми на фоне нынешних 0,4%, но по сути это не слишком большие отклонения — человек вполне может дышать таким воздухом. Важно и то, что эти данные не противоречат сравнительно скромным следам названного газа в древних породах той поры.
Другое дело, что до окончательного решения парадокса слабого молодого Солнца аналогичные выводы нужно получить и для периода более древнего, чем 2,8 млрд лет назад, да и сам факт существования метана в таких концентрациях не бесспорен. В архее, предположительно, не было озонового слоя (мало кислорода), а значит, ультрафиолет разрушал метан в атмосфере с высокой интенсивностью, так что гарантировать его наличие там в объёмах, потребных для мощного парникового эффекта, нельзя". (10 июля 2013 года, 18:41). http://compulenta.computerra.ru/zemlya/klimatologiya/10007851/
Телескоп «Кеплер» выявил «сверхвспышки» у звёзд, похожих на Солнце
ОтветитьУдалить"Наша звезда считается относительно спокойным светилом: какими бы мощными ни были вспышки и какими бы интенсивными ни были выбросы вещества в космическое пространство, Солнце всё равно ведёт себя очень смирно. До сих пор земляне, вероятно, даже не догадывались, насколько покладист характер у нашего светила по сравнению с другими звёздами.
Орбитальный телескоп «Кеплер», основная функция которого — поиск экзопланет, подкинул мировой астрофизике ещё одну непростую загадку. С момента начала своей работы телескоп зафиксировал на других звёздах — похожих по своим параметрам на наше Солнце — 365 супервспышек, мощность которых в миллион раз превосходит все, когда-либо наблюдавшиеся на Солнце.
В Млечном пути в избытке присутствуют звёзды, проявляющие гораздо большую активность. В данном случае важно именно «солнцеподобие» звёзд, на которых происходят настолько мощные взрывы.
Что приводит в действие такие механизмы, пока совершенно непонятно. Как не вполне понятна и перспектива аналогичного катаклизма на поверхности Солнца, хотя сейчас учёные не склонны полагать, что на поверхности нашей звезды могло происходить что-либо подобное. Потому что если бы такое событие имело место быть, оно привело бы к радикальным изменениям в химическом составе атмосферы Земли, за чем последовало бы вымирание всего живого на планете.
Подобные массовые вымирания биологических видов на Земле случались, однако их, как правило, связывают либо со столкновениями с астероидами, либо с резко повышавшейся вулканической активностью, вызывавшей фатальные изменения в климате.
Одна из гипотез, объясняющих сверхмощные вспышки на других солнцеобразных звёздах, предполагает, что вплотную к таким звёздам располагаются гигантские газовые планеты, наводящие значительные искажения в магнитное поле своих звёзд, что и приводит ко взрывам. «Кеплер», однако, выявил такие «горячие Юпитеры» на орбитах всего лишь десяти процентов звёзд, дававших сверхвспышки". (17 мая 2012). http://www.computerra.ru/30446/
[Ф.Д. https://plus.google.com/103263750784622441418/ ]
"Круги по воде" в Интернете
ОтветитьУдалитьПерепост 17 апреля 2015 года: http://news-said-joker-peskin.blogspot.ru/2015/04/blog-post_17.html