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我们的太阳正在变得越来越亮 。
不仅是现在 , 在接下来的50亿年里 , 太阳将继续变得越来越亮 , 越来越热 , 直到它的寿终正寝 , 变成一颗红巨星 , 吞噬掉地球 。
但是如果能回到45亿年前的太阳系初期 , 我们会发现一颗比现在暗淡30%的恒星 , 那就是45亿年前的太阳 。
黯淡的年轻太阳对于地球来说 , 无疑是一场灾难 。 如果将现代的地球置于45亿年前的太阳之下 , 地表平均温度将达到负7摄氏度左右 。
负7摄氏度 , 已经达到水的冰点之下 , 地球将会完全冻结 , 生命不应该发展 。
然而 , 事实悖于常理 。
早在44亿年前 , 当水蒸气从地球大气中凝结出来时 , 地球表面就有了液态水 。 此后不久 , 单细胞生命似乎如雨后春笋一般涌现 , 地球的水和它的子民共同让地球变得生机勃勃 , 成为太阳系独一无二的小蓝星 。
可是如果早期的太阳那么黯淡 , 生命怎么可能会出现呢?这就是昏暗年轻太阳悖论 。
近年来 , 随着科学家不断深耕这个谜团 , 谜底逐渐揭晓 。
科学家们开始意识到 , 昏暗的太阳不仅对地球演化 , 而且对我们理解生命如何形成具有重要的意义 。 我们的地球处于一颗相对平静的恒星的最佳位置 , 生命是否只能在如此苛刻的条件下产生?这就是我们找不到外星生命的原因吗?
黯淡年轻太阳悖论20世纪中叶 , 科学家们开始研究驱动恒星演化的机制 。 他们发现在恒星核心深处 , 氢聚变不断将氢融合成氦并释放能量 , 随着时间的流逝 , 氢气量不断减少 , 恒星核心会收缩 , 这反而增加了核聚变效率 , 使恒星变得越来越亮 , 温度越来越高 。
而当我们的太阳首次形成时 , 它的亮度只有现在的70%左右 , 如果这个时候地球存在水 , 肯定将会被冻结 。
然而 , 地球上出现水的证据可以追溯到40亿年前 , 这似乎与太阳演化模型相矛盾 。 为了解决这种矛盾 , 科学家提出要么太阳要比我们想象的更古老 , 要么我们的太阳的演化模型存在瑕疵 , 需要修改 。
1972年 , 美国天文学家卡尔·萨根(Carl Sagan)第一次对黯淡太阳悖论进行详细的分析 。 他们认为 , 早期地球身披厚厚的氨气大气层 , 这可以帮助地球捕获更多的热量 , 使地球保持足够温暖 , 以防液态水被冻结 。
但是后来 , 科学家后来意识到 , 氨气不靠谱 , 很容易被紫外线辐射摧毁 。
二十世纪70年代后期 , 科学家将目光转向另一种温室气体——二氧化碳 。
早期的地球火山遍布 , 岩浆四溢 , 地球大气充满二氧化碳应该是稀松平常的一件事 , 大气中足够多的二氧化碳足以克服黯淡太阳带来的问题 。
即使在后来的两次雪球地球事件中 , 全球冰封百尺 , 赤道雪海茫茫 , 火山喷发释放的二氧化碳所产生的大温室效应很快将地球从冰天雪地中释放出来 。
但是要验证这一假设的合理性非常困难 , 科学家不可能回到几十亿年前采集早期地球的大气样本 。 在缺乏地质证据的情况下 , 还会出现其他可能性 。
也许高浓度的二氧化碳会增加云层的反射率 , 将阳光直接反射回太空 , 让地球变得更冷 。
也许早期的太阳质量更大 , 足以抵消恒星核聚变过程中氢的减少 。 如果将太阳的质量增加5% , 那么早期的太阳会像现在一样明亮 , 根本不存在黯淡的年轻太阳的悖论 。
要解决黯淡年轻太阳悖论 , 就需要更好地了解46亿年至25亿年期间 , 太古宙结束前地球的状况 , 科学家们需要找出水和生命首次出现的时间 , 并掌握地球早期大气层的状况 。
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