L'astronome Petrus Martens de la Georgia State University (USA) estime que le Soleil était plus lourd dans l'Antiquité qu'aujourd'hui. Cela a permis à la jeune étoile de briller aussi brillamment qu'aujourd'hui et d'offrir des conditions de vie sur Terre et sur Mars. À présent, le luminaire est devenu plus léger. La recherche, disponible à partir de la bibliothèque de pré-impression électronique arXiv.org, aborde le faible paradoxe du jeune soleil. Nous vous raconterons l'histoire du luminaire ci-dessous.
Le jeune Soleil est apparu il y a environ 4,5 milliards d'années en tant qu'objet de séquence principal. Selon la théorie standard de l'évolution stellaire dans les temps anciens, le Soleil était environ 30% plus faible qu'il ne l'est aujourd'hui. Il reste un mystère comment, avec une étoile aussi faible, la jeune Terre était suffisamment chaude pour fournir à sa surface de l'eau liquide. Cette contradiction est appelée le faible paradoxe du jeune Soleil.
Le paradoxe est également pertinent pour Mars, sur lequel des mers et des océans d'eau liquide ont existé pendant des centaines de millions d'années, bien que la planète rouge reçoive environ la moitié de la quantité de lumière solaire que la Terre reçoit.
Les données géologiques indiquent que l'eau est apparue tôt sur Terre et sur Mars. Le passé du Soleil peut être découvert en observant d'autres étoiles de la séquence principale. Les simulations indiquent que les étoiles de types spectraux G, auxquels appartient le luminaire le plus proche de la Terre, ainsi que les objets des classes K et M, ne se développent pas trop rapidement et que la zone d'habitabilité autour de ces étoiles se déplace progressivement vers l'extérieur.
On a proposé de résoudre le paradoxe du jeune Soleil faible de plusieurs manières. La raison du réchauffement de l'atmosphère de la planète était un fort effet de serre du dioxyde de carbone ou du méthane, l'énergie géothermique de l'origine plus chaude qu'aujourd'hui, le noyau de la Terre, l'albédo de la Terre plus petit dans l'antiquité, la vie se développant dans un environnement froid sous une calotte glaciaire de 200 mètres d'épaisseur, voire une variante avec constante gravitationnelle variable.
Mars dans l'Antiquité (comme imaginé par l'artiste)
Martens estime que la plupart de ces explications comportent de sérieux défauts. Par exemple, on ne sait pas quand l'effet de serre devrait cesser, de sorte que ce qui s'est passé sur Vénus, dont l'atmosphère est si chaude que la vie y est pratiquement impossible, ne se produit pas. De plus, aucune trace suffisante de dioxyde de carbone en excès n'a encore été trouvée dans les échantillons géologiques anciens.
Martens estime que de nombreuses explications du paradoxe du jeune soleil ne prennent en compte que les processus se produisant sur Terre, et non sur Mars, et ne suggèrent pas d'explication de cette contradiction pour d'autres systèmes planétaires. À cet égard, l'astronome américain a décidé de rappeler l'hypothèse ancienne, mais impopulaire aujourd'hui, selon laquelle l'ancien Soleil était plus massif qu'aujourd'hui.
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Un luminaire appartenant à la même classe spectrale émet plus d'énergie, plus il est lourd. Cela signifie que si dans les temps anciens le Soleil était 30% plus faible à sa taille actuelle, il est possible de calculer à quel point l'étoile la plus proche de la Terre était plus lourde à briller qu'aujourd'hui.
Il y a environ trois milliards d'années, selon les estimations du scientifique, l'étoile perdait environ 0,0000000000075 de sa masse chaque année (environ trois pour cent de sa masse initiale pendant trois milliards d'années d'existence); à l'heure actuelle, cette valeur est inférieure de deux ordres de grandeur et est insignifiante pour tenir compte de l'évolution de la luminosité de l'étoile. Le scientifique est arrivé à de telles conclusions, attirant l'attention sur le fait qu'au fil du temps, le Soleil et la plupart de ces étoiles ralentissent leur rotation.
Selon l'auteur, cela est dû à la perte de leur masse par le Soleil et des étoiles similaires (lorsque la loi de conservation du moment cinétique est remplie). Par exemple, le grand compagnon de l'Ophiuchus binaire 70 est environ 1,1 fois plus léger que le Soleil, il a 0,8 milliard d'années et devient plus léger à raison de 0,00000000000003 de masse solaire par an. Pour que les planètes locales aient des conditions propices à l'existence d'eau liquide, un tel régime de perte de masse doit être maintenu pendant environ 2,4 milliards d'années.
Les anciens glaciers pleins de la Terre, qui sont remplacés par de l'eau de fonte, explique Martens de manière plutôt prosaïque - activité volcanique, avec laquelle les gaz à effet de serre pénètrent dans l'atmosphère, ainsi que des réactions positives.
Le soleil
La perte de leurs masses par le Soleil et des luminaires similaires dans les temps anciens aurait dû être accompagnée par l'émergence de vents solaires (stellaires) stables et forts. Le Soleil moderne ne produit pas de telles émissions de matière. Il peut sembler que l'étoile n'avait aucune raison de le faire auparavant, donc l'hypothèse d'un ancien Soleil massif est impopulaire. Martens pense que ce n'est pas le cas: le taux actuel de perte de masse par le Soleil n'est pas suffisant pour ralentir des quatre à cinq premiers jours aux 26 jours actuels.
Le point de vue de Martens n'explique pas comment la vie doit être préservée sur une planète irradiée par de forts vents stellaires. Pendant ce temps, les explications du paradoxe du jeune Soleil, basées sur l'effet de serre, ne perdent pas de leur pertinence, d'ailleurs, avec le temps, ces théories se complètent.
Par exemple, non seulement les volcans, mais aussi les astéroïdes peuvent participer au remplissage de l'atmosphère terrestre de dioxyde de carbone et de méthane. Ainsi, les scientifiques ont créé un nouveau modèle de libération de gaz sur Terre, qui a démontré la force suffisante de l'effet de serre pour l'existence d'océans liquides déjà aux premiers stades du développement de la planète, dans des conditions de faible luminosité. Contrairement aux études précédentes, qui offrent également une explication possible de la présence d'eau liquide sur la Terre ancienne à l'aide du dégazage volcanique (le rejet de gaz à effet de serre dans l'atmosphère lors des éruptions volcaniques), les nouveaux travaux prennent en compte le bombardement actif de la planète par des astéroïdes.
Atteignant une centaine de kilomètres de diamètre, ces corps célestes, lorsqu'ils tombent sur la Terre, provoquent la fonte de grands volumes de roches, créant d'immenses lacs de lave. En refroidissant, ils libèrent suffisamment de dioxyde de carbone et réchauffent ainsi l'atmosphère. Le bombardement de la planète, selon les scientifiques, a conduit à la libération de soufre de ses entrailles, ce qui est nécessaire à la formation de la vie organique.
