Soarele nu ne oferă doar lumină și căldură. El generează și scutul Soarelui, o bulă uriașă de particule încărcate numită heliosferă. Heliosfera înconjoară întregul sistem solar și filtrează radiația venită din spațiul interstelar. Două studii finanțate de NASA, publicate în ultimele săptămâni, susțin că scutul Soarelui s-a comprimat de cel puțin trei ori atât de puternic încât Pământul ar fi rămas, temporar, în afara ei.
Primul studiu vine de la centrul SHIELD al NASA, prescurtare de la Solar Wind with Hydrogen Ion charge Exchange and Large-Scale Dynamics, unul dintre centrele de cercetare DRIVE ale agenției. Al doilea, coordonat de un cercetător de la Goddard Space Flight Center, atacă o enigmă complet diferită: cum a reușit Pământul tânăr să rămână suficient de cald pentru apă lichidă, atunci când Soarele era mult mai palid decât astăzi.
Heliosfera și trei întâlniri cu nori interstelari reci
Heliosfera se deplasează împreună cu Soarele în jurul centrului Căii Lactee. În cei 4,6 miliarde de ani de existență, sistemul solar a traversat medii galactice foarte diferite. Într-o lucrare apărută pe 21 august în Annual Review of Astronomy and Astrophysics, echipa SHIELD a folosit simulări pe calculator pentru a reconstitui traiectoria acestei bule prin galaxie.
Merav Opher, cercetătoarea principală a centrului SHIELD, de la Universitatea Boston, și colegii ei au modelat întâlnirile dintre sistemul solar și regiuni extrem de reci, pline cu gaz și praf. Rezultatele arată că Soarele a trecut prin astfel de medii de cel puțin trei ori în ultimele milioane de ani.
În timpul acestor traversări, norii interstelari reci ar fi apăsat asupra heliosferei cu o forță suficientă pentru a o comprima dramatic. Potrivit simulărilor, bula ar fi ajuns la un moment dat mai mică decât orbita Pământului, ceea ce ar fi lăsat planeta noastră în afara scutului solar. Marginea acestei bule a fost explorată direct de sondele Voyager, care au detectat acolo un adevărat „zid de foc” la marginea sistemului solar.
Episoadele modelate corespund unor perioade situate acum aproximativ 2-3 milioane de ani, 6-7 milioane de ani și 13-14 milioane de ani. Datarea nu este întâmplătoare: elemente asociate în mod obișnuit cu praful interstelar au fost identificate în carote de sedimente din adâncul oceanelor, în zăpada antarctică și în mostre aduse de pe Lună, corespunzând exact acestor intervale.
Într-o cercetare anterioară a aceleiași echipe, norul suspect a primit și un nume, Local Lynx of Cold Cloud, parte dintr-un sistem mai mare cunoscut ca Local Ribbon of Cold Clouds. Izotopii radioactivi fier-60 și plutoniu-244, găsiți în depozite geologice de acum circa două milioane de ani, sunt considerați semnătura chimică a unei expuneri crescute la material venit din afara sistemului solar.
Ce se întâmplă când dispare scutul Soarelui
În simulări, expunerea atmosferei terestre la un nor dens și rece de hidrogen galactic a dus la creșterea cantității de vapori de apă și la modificarea condițiilor din straturile superioare ale atmosferei. Efectele s-au propagat treptat spre suprafață.
Concluzia deschide o posibilitate incomodă pentru modelele climatice clasice: o parte dintre schimbările climatice de lungă durată de pe Pământ, inclusiv unele glaciațiuni, ar putea avea o cauză care nu ține nici de orbită, nici de vulcanism, nici de compoziția atmosferei, ci de poziția sistemului solar în galaxie.
Unul dintre obiectivele declarate ale centrului SHIELD este construirea unui „geamăn digital” al heliosferei, un model detaliat care să arate cum reacționează bula protectoare atunci când întâlnește structuri precum norii interstelari denși. Aceeași cunoaștere ar putea ajuta, pe termen lung, la identificarea altor sisteme stelare capabile să găzduiască planete locuibile. Aceeași logică stă și în spatele unor proiecte exotice, precum lentila gravitațională pe care NASA o studiază pentru observarea exoplanetelor.
Paradoxul Soarelui tânăr și palid
Al doilea studiu pornește de la o contradicție veche în astrofizică. Vladimir Airapetian, cercetător la NASA Goddard Space Flight Center din Greenbelt, Maryland, și colaboratorii săi au analizat cum a putut Pământul timpuriu să rămână destul de cald pentru apă lichidă.
Acum aproximativ trei miliarde de ani, Soarele avea doar 70% din luminozitatea actuală. La acest nivel de energie primită, planeta ar fi trebuit să fie complet înghețată. Dovezile geologice spun însă altceva: apa lichidă exista pe Pământ cu mult înainte de acel moment. Contradicția este cunoscută drept paradoxul Soarelui tânăr slab.
Pista propusă de Airapetian pornește de la observarea stelelor tinere asemănătoare Soarelui din Calea Lactee. Datele telescopului spațial Kepler, retras din activitate, arată că astfel de stele „adolescente” pot produce superflare-uri uriașe zilnic, aruncând în spațiu fluxuri de particule de mare energie.
Un gaz de seră de 300 de ori mai puternic decât dioxidul de carbon
Pentru a testa ipoteza, echipa a recreat într-o incintă etanșă condițiile presupuse ale atmosferei Pământului timpuriu, folosind un amestec de azot molecular, amoniac, dioxid de carbon și monoxid de carbon. Amestecul a fost apoi bombardat cu protoni, ca simulare a fluxului de particule energetice generat de superflare-uri.
Bombardamentul a declanșat mai multe reacții chimice, dintre care cea mai importantă a fost formarea de protoxid de azot. Acest gaz are un potențial de încălzire de aproximativ 300 de ori mai mare decât cel al dioxidului de carbon.
Nu tot gazul produs ar fi rezistat însă în atmosferă. Radiația ultravioletă intensă a Soarelui tânăr ar fi descompus o parte dintre molecule, separându-le înapoi în azot și oxigen. Chiar și așa, calculele arată că era nevoie de o cantitate surprinzător de mică. Simulările indică faptul că, dacă doar 10% din protoxidul de azot obținut în laborator ar fi supraviețuit, temperatura din zona ecuatorială ar fi urcat la circa 5 grade Celsius, adică peste punctul de îngheț al apei.
Un Pământ rece, dar nu înghețat, ar fi avut un avantaj neașteptat. Cercetările arată că temperaturile aflate ușor peste punctul de îngheț favorizează asamblarea lanțurilor complexe de aminoacizi mai bine decât condițiile calde. Cu alte cuvinte, violența Soarelui tânăr nu doar că ar fi împiedicat înghețarea planetei, ci ar fi creat și mediul chimic potrivit pentru pașii care au precedat apariția vieții. Este exact tipul de întrebare pe care agenția îl urmărește și prin misiuni planetare, cum ar fi misiunea DAVINCI, trimisă să studieze atmosfera lui Venus.
Cele două lucrări au fost publicate în Annual Review of Astronomy and Astrophysics, volumul 64, numărul 1, pagina 139, cu DOI 10.1146/annurev-astro-120425-053711, respectiv în The Astrophysical Journal Letters, volumul 1002, numărul 1, articolul L12, cu DOI 10.3847/2041-8213/ae5491.
