Astronaujiena. Jauną Žemę šildė masyvesnė jauna Saulė

Visos žvaigždės per savo gyvenimą netenka dalies masės - šiek tiek išspinduliuoja, šiek tiek praranda per vėjus ir vainikinės masės išmetimo įvykius. Neseniai pasiūlyta hipotezė, kad šis procesas gali paaiškinti, kaip Žemėje nuo pat jos egzistavimo pradžios buvo gyvybei tinkamos sąlygos. Tačiau tam reikėjo, kad jauna Saulė išmetinėtų medžiagą šimtą kartų sparčiau, nei dabar.

Vainikinės masės išmetimo įvykio nuotrauka. NASA/ESA nuotr.

Šiuo metu Saulės vėjas per sekundę iš Saulės išpučia apie vieną-du milijardus tonų medžiagos. Apie šimtą milijonų tonų prideda vainikinės masės išmetimo įvykiai - kiekvienas iš jų yra stiprus ir reikšmingas, bet vyksta jie palyginus retai, o vėjas pučia nuolatos. Dar apie penkis milijardus tonų per sekundę Saulė išspinduliuoja kaip fotonus - šį skaičių gauname, padalinę Saulės spinduliuotės galią iš šviesos greičio kvadrato, naudodami garsiąją formulę E = mc^2. Visi šie skaičiai atrodo didžiuliai, bet palyginus su Saulės mase, yra mažyčiai - per vienerius metus dėl visų trijų procesų Saulė netenka tik maždaug 10^{-13} savo masės dalies. Kitaip tariant, per visą penkis milijardus metų trunkantį gyvenimą, jei medžiagos netektų taip pat sparčiai, kaip dabar, Saulė būtų netekusi tik 5\times10^{-4}, arba 0,05\%, savo masės.

Kitas dalykas, vykstantis žvaigždėse joms senstant, yra lėtas bet nenumaldomas karštėjimas. Energijos žvaigždė gauna iš termobranduolinių reakcijų žvaigždės branduolyje, kurių metu vandenilis verčiamas į helį. Taip branduolyje vandenilio nuolatos mažėja, o helio - daugėja. Tolesnėms reakcijoms vykti darosi vis sunkiau, taigi žvaigždė po truputį traukiasi ir kaista, kad kompensuotų šį kuro eikvojimąsi. Šiuo metu Saulės paviršiaus temperatūra yra 5700 kelvino laipsnių (maždaug 5400 celsijaus laipsnių), o praeityje buvo mažesnė. Vos užgimusi Saulė galėjo būti maždaug 8-9% vėsesnė, t.y. apie 5200 laipsnių paviršiaus temperatūros. Jos šviesis tada buvo apie 70% dabartinio. Bet tokia blausi Saulė niekaip negalėjo sušildyti Žemės iki temperatūros, pakankamos skystam vandeniui egzistuoti. Tuo tarpu geologiniai duomenys rodo, kad Žemėje skysto vandens buvo nuo pat planetos atsiradimo. Ir ne tik Žemėje - skysto vandens buvo ir toliau nuo Saulės esančiame Marse. Šis neatitikimas tarp geologinių duomenų ir Saulės evoliucijos modelių yra vadinamas Blausios jaunos Saulės paradoksu (angl. Faint Young Sun Paradox).

Vienas būdas išspręsti šį paradoksą yra teigti, kad Saulė jaunystėje buvo 4-5% masyvesnė, nei dabar. Skirtumas neatrodo labai didelis, tačiau tokios masės jauna žvaigždė švytėtų panašiai stipriai, kaip šiandieninė Saulė. Laikui bėgant, žvaigždės masės mažėjimas ir branduolio traukimasis vienas kitą kompensuotų, tai žvaigždės šviesis praktiškai nesikeistų. Paaiškinimas atrodo įdomus, tačiau kaip pasiekti tokį Saulės masės skirtumą? Galimas atsakymas - jeigu Saulė jaunystėje medžiagą į aplinką išmetinėjo šimtą ar kelis šimtus kartų sparčiau, nei dabar, tai per keletą milijardų metų galėjo netekti tų perteklinių 5% ir sumažėti iki šiandieninės masės.

Ar galėjo būti taip, kad mūsų Saulė jaunystėje pūtė medžiagą į aplinką gerokai sparčiau, nei dabar? Tiksliai šito pasakyti negalime - senas Saulės vėjas išsisklaidė tarpplanetinėje ir tarpžvaigždinėje terpėje. Galbūt ateityje pavyks nustatyti seno vėjo savybes tyrinėjant uolienas Mėnulyje ir kituose Saulės sistemos kūnuose, kurios tiesiogiai sąveikavo su Saulės vėjo srautais, bet kol kas tai - tik teorinė galimybė. Bet yra dar du netiesioginiai įrodymai, kad Saulės vėjas praeityje tikrai galėjo būti stipresnis.

Pirmasis įrodymas - kitų žvaigždžių stebėjimai. Pavyzdžiui, 800 milijonų metų amžiaus 92% Saulės masės žvaigždė Gyvatnešio 70 pučia labai stiprų vėją - maždaug 30 kartų stipresnį, nei Saulės. Tokių žvaigždžių yra ir daugiau. Taigi gali būti, kad Saulė, būdama jaunesnė, irgi pūtė stipriau.

Jaunų žvaigždžių vėjai formuoja struktūras aplinkinėse dujose. Čia - Melotte spiečius ir aplink esantis žvaigždėdaros regionas. Ivan Eder nuotr.

Antrasis įrodymas - Saulės ir kitų žvaigždžių sukimosi greičio palyginimas. Jaunos žvaigždės sukasi greičiau, o sendamos lėtėja. Lėtėjimo trukmė yra apie 2-3 milijardus metų - per tokį laiką sukimosi periodas išauga beveik tris kartus. Mūsų Saulė, sprendžiant iš panašios masės jaunų žvaigždžių savybių, gyvavimo pradžioje turėjo aplink savo ašį apsisukti per 4-5 paras, o ne dabartines 24. Tam, kad žvaigždė sulėtėtų, ji turi kažkaip prarasti judesio kiekio momentą. Vienas iš būdų tą padaryti yra pučiant vėją: sąveikaudamos su tarpplanetinio magnetinio lauko linijomis, dar neprasiveržusio Saulės vėjo gijos atsilieka nuo Saulės sukimosi ir taip stabdo žvaigždę. Žinodami, kaip sparčiai lėtėjo žvaigždės sukimasis, galime apskaičiuoti ir tikėtiną vėjo išmetimo spartą. Ji priklauso nuo įvairių parametrų, taigi įvertinimas nėra labai tikslus, bet reikalingas skaičius - 100-300 kartų didesnė už dabartinę sparta - yra tikrai įmanomas sprendinys.

Ar tai yra galutinis problemos sprendimas? Tikrai ne. Reikia detalesnių Saulės sukimosi ir jo kitimo matavimų, taip pat Saulės evoliucijos modelių. Daugiau kitų žvaigždžių stebėjimų, kad geriau suprastume, kaip žvaigždės lėtėja ir kokio stiprumo vėjus pučia priklausomai nuo amžiaus. Zondai ar astronautai kitose planetose gali rasti įrodymų apie Saulės vėjo stiprumą tolimoje praeityje. Taigi sprendimo paieškos dar laukia ilgos, bet žingsniai jau daromi.

Naujiena parengta pagal Tarptautinės astronomų sąjungos suvažiavime skaitytą pranešimą ir straipsnį, publikuojamą žurnale Astronomy & Astrophysics.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *