Зараз ми тут через Сонце, і тому немає ні марсіян, ні Венери.

Коли наше Сонце було ще дитиною чотири мільярди років тому, воно спричинило сильні виверження, в результаті яких частинки високої енергії мчали через Сонячну систему у супроводі сильної радіації. Ці викликані хімічні реакції, які допомогли зберегти ранню Землю теплою і вологою, щоб народити зародок життя. У той же час в інших світах саме химерна поведінка Сонця призвела до зникнення атмосфери і разом з нею цінних хімічних речовин, унеможливлюючи життя.

кора
Зображення, зроблене Обсерваторією сонячної динаміки НАСА, показує сонячне спалах 2 жовтня 2014 року на правій стороні Сонця. (Джерело: NASA/SDO)

Скільки спустошень пронесли планети на планетах, як швидко Сонце оберталося навколо своєї осі. Чим швидше він обертався, тим швидше викорінював умови для формування життя. Однак цей важливий етап у житті Сонця - це гра з дослідниками, сказав Прабал Саксена, астрофізик з космічного центру Годдарда НАСА. Саксена досліджує, як космічна погода, сонячна активність та інше випромінювання впливають на поверхню планет і місяців. Зараз він разом з іншими дослідниками виявив, що Місяць може пролити світло на деякі древні таємниці, що оточують Сонце, що може допомогти їм дізнатися про еволюцію життя.

«Ми не знаємо, яким було Сонце в перші мільярди років, хоча це було б важливо знати, оскільки воно вплинуло на еволюцію атмосфери Венери та швидке зникнення води з неї. Можливо, це також сприяло швидкій втраті атмосфери Марса та здатності змінювати склад земної атмосфери ". - сказала Саксена.

Зв’язок Сонце-Земля

Саксена натрапив на таємницю раннього обертання Сонця, маючи справу з, здавалося б, не пов’язаною між собою темою: якщо Місяць і Земля в основному зроблені з одних і тих же матеріалів, то чому в місячному реголіті значно менше натрію і калію, ніж у земному грунті?

Питання виникло, коли місячні зразки, привезені додому за програмою «Аполлон», вивчали місячні метеорити, знайдені на Землі, що десятиліттями бентежило дослідників. Результати дослідження поставили під сумнів провідну теорію формування місяця.

Теорія полягає в тому, що наш Місяць сформувався, коли небесне тіло розміром з Марс впало на Землю 4,5 мільярда років тому. В результаті удару від Землі було зірвано кількість матеріалу, який з часом утворився на Місяць.

"Якщо Земля і Місяць були зроблені з подібних матеріалів, чому Місяць втратив деякі з них?" - запитала Розмарі Кіллен, дослідник планет космічного центру Годдарда НАСА, яка вивчає вплив космічної погоди на атмосферу та екзосферу планет.

Зразок Місяця 68815, зібраний під час місій "Аполлон-16", що становить приблизно уламок півтораметрової скелі. (Джерело: НАСА/АТ)

Двоє дослідників підозрювали, що таємниці навколо Сонця і Місяця пов’язані між собою і що місячна кора може пролити світло на історію Сонця.

Дослідження групи базувалося на попередній роботі Кіллена. У 2012 році він допоміг змоделювати вплив сонячної активності на кількість натрію та калію, які сонячні вітри або викиди корони можуть транспортувати до місячної поверхні або відриватися від неї.

Саксена досліджував математичну залежність між періодом обертання зірок та активністю виверження. Ця робота базується на дослідженнях дослідників, які вивчали діяльність тисяч зірок, виявлених за допомогою космічного корабля НАСА "Кеплер": вони виявили, що чим швидше обертається зірка, тим сильніше її корона. "Коли ми дивимося на інші зірки і планети, включаючи такі зірки, як наше Сонце, ми також повільно бачимо, як розвивалося Сонце". - сказала Саксена.

Саксена, Кіллен та його колеги вважають, що, використовуючи складні комп'ютерні моделі, вони могли розгадати обидві загадки. Їх комп'ютерне моделювання, описане в дослідженні, опублікованому 3 травня в The Astrophysical Journal Letters, показало, що раннє Сонце крутилося повільніше, ніж 50% новонароджених зірок. Дослідники підрахували, що Сонце зробило поворот принаймні за 9 або 10 днів у перші мільярди років.

Дослідники також змоделювали еволюцію нашої Сонячної системи для повільної, середньої, а потім швидко обертової зірки. Було виявлено, що лише повільно обертається Сонце могло розпилити на Місяць достатньо заряджених частинок, які з часом могли б вибити натрій і калій на його поверхню в космос і залишити сьогоднішні місячні породи позаду.

"Космічна погода, можливо, мала найбільший вплив на еволюцію планет і Сонячної системи, - сказав Саксена, - тому ми обов'язково повинні думати про це, вивчаючи мешкання".

Життя під раннім сонцем

Швидкість обертання раннього Сонця, можливо, зіграла свою роль у формуванні життя на Землі. У випадку з двома іншими гірськими планетами, такими як Земля, Венера та Марс, це просто запобігло цьому. (Меркурій, планета, найближча до Сонця, спочатку не мав шансів).

Колись атмосфера Землі сильно відрізнялася від багатої киснем атмосфери, відомої сьогодні. Коли Земля утворилася 4,6 мільярда років тому, наша розплавлена ​​планета була покрита лише тонким шаром водню та гелію. Однак виверження Молодого Сонця стерли цю первісну атмосферу протягом 200 мільйонів років. У міру застигання земної кори вулкани поступово кашляли нову атмосферу, наповнюючи територію навколо Землі вуглекислим газом, водяною парою та азотом. Протягом наступних мільярдів років перші бактерії споживали вуглекислий газ, викидаючи метан і кисень в атмосферу натомість. Сформувалося магнітне поле Землі, яке забезпечує захист від Сонця, дозволяючи атмосфері планети перетворюватися на багате киснем і азотом повітря, яким ми дихаємо сьогодні.

"Нам пощастило, що атмосфера Землі пережила найгірші часи". Зазначив Володимир Айрапетян, провідний сонячний фізик і астробіолог Годдарда, який вивчає вплив космічної погоди на земні планети. Ейрапетіан працював із Саксеною та Кілленом для вивчення раннього Сонця.

Художня ілюстрація ранньої Землі зі слідом великого удару, який вивів магму на поверхню. (Джерело: Сімоне Марчі)

Якби Сонце оберталося швидко, йому довелося б виробляти щонайменше десять суперперерв на день, вдесятеро сильніших, ніж будь-коли в історії. Це не було б захищене навіть магнітним полем Землі. Сонячні спалахи знищили б атмосферу, зменшивши тиск настільки, що на планеті не залишилося б рідкої води. "Це призвело б до набагато грубіших умов". - зауважила Саксена.

Сонце оберталося з найвідповіднішим для Землі темпом, тому планета почала цвісти у світлі молодої зірки. Венері та Марсу не так пощастило. Колись Венера була вкрита океанами, її можна було навіть заселити. Але завдяки ряду факторів, включаючи сонячну активність та відсутність магнітного поля, що живиться зсередини, Венера втратила водень - важливий компонент води. В результаті, за оцінками, океани Венери випарувались за перші 600 мільйонів років життя планети. В атмосфері планети переважає вуглекислий газ - важка молекула, яку важче вивести. Це призвело до втеченого парникового ефекту, який підтримує Венеру в жахливо високій температурі, занадто жаркій для життя, при 462 градусах Цельсія.

Може здатися, що Марсу, який знаходиться набагато далі від Сонця, ніж Земля, сонячні спалахи не загрожують. Проте він насправді знаходиться в гіршому становищі, ніж Земля. Частково через слабке магнітне поле червоної планети, а частково через низьку гравітацію, раннє Сонце поступово могло позбавити планету від своєї атмосфери та води. Приблизно 3,7 мільярда років тому атмосфера Марса стала настільки тонкою, що рідка вода відразу витекла з неї в космос. (На планеті все ще є вода, застигла в полярних шапках і в землі.)

Здійснивши вплив на внутрішні планети, старіюче Сонце поступово сповільнювалось і продовжувало крутитися все повільніше. Зараз він обертається кожні 27 днів, утричі повільніше, ніж у молодості. В результаті повільнішого обертання воно стає все менш активним, але все одно виробляє сильні виверження.

Місяць, очевидець еволюції Сонячної системи

За словами Саксени, якщо нам цікаво раннє Сонце, досить спостерігати Місяць, який є одним із найкраще збережених творінь молодої Сонячної системи.

"Місяць може відкрити вікно в минуле, оскільки в ньому немає тривожної атмосфери і немає тектоніки плит, що переставляють кору". - Він сказав. "Тож ми можемо сказати: якщо частинки сонячного вітру або щось інше потраплять на нього, земля Місяця збереже свій слід".

Відео, засноване на знімках з Місячного розвідувального орбітального апарата НАСА, показує постійно затінені області (PSR) Місяця. Ці місця не були в полі зору Сонця мільйони чи мільярди років. У той час як через нахилену вісь Землі всі частини її поверхні можуть бути піддані впливу сонячного світла, навіть кути частини року, кут нахилу Місяця до Сонця становить лише 1,6 градуса, недостатньо великий, щоб увійти в глибокі кратери поблизу Північний і Південний полюси. Тому постійно затінені райони є одними з найхолодніших і найтемніших місць Сонячної системи. (Джерело: NASA Goddard/Ерні Райт)

Скельні візерунки місій Аполлона та місячні метеорити - чудовий початок розуміння ранньої Сонячної системи, але це лише крихітні шматочки у величезній таємничій головоломці. Зразки походять з невеликої території, близької до місячного екватора, і про місячні метеорити не можна сказати з повною впевненістю, з якої частини Місяця вони походять і з якого середовища.

Оскільки на Південному полюсі є зони у постійній тіні, існує підозра, що саме тут знаходяться найкраще збережені матеріали Місяця, такі як водяний лід, тож НАСА спрямовує свою місію 2024 року на таку територію.

Якщо астронавтам вдасться зібрати гірські породи з самого південного району Місяця, ми отримали б більше фізичних доказів швидкості обертання Сонця, сказав Айрапетян, який сказав, що можливо, частинки сонячного вітру колись відхиляли полюси через колишнє магнітне поле Місяця. «Тому ми могли б очікувати - хоча ми ніколи не перевіряли - що ця частина Місяця, на яку все ще впливало молоде Сонце, сильно відрізняється від екваторіальної області. Попереду ще багато досліджень ».