Дослідники NASA запропонували космічне пояснення двом ключовим загадкам кліматичної історії планети: причинам льодовикових періодів та існуванню рідкої води на ранній Землі. Перша робота, виконана в дослідницькому центрі NASA SHIELD і опублікована в збірнику Annual Review of Astronomy and Astrophysics, пов'язує оледеніння з проходженням Сонячної системи крізь щільні міжзоряні хмари. Друга, підготовлена вченими NASA Goddard Space Flight Center, пояснює, як на Землі зберігалися океани, коли молоде Сонце світило помітно слабше, ніж сьогодні. Обидва дослідження спираються на комп'ютерне моделювання та лабораторні експерименти, а не на прямі спостереження.

Геліосфера як живий щит

Уся Сонячна система заключена в геліосферу — гігантську захисну область, що формується сонячним вітром із заряджених частинок. Вона екранує планети від частини космічного випромінювання та міжзоряної речовини. Спеціалісти центру SHIELD відтворили траєкторію руху Сонячної системи за останні кілька мільйонів років і показали, що за 4,6 мільярда років існування система неодноразово перетинала різні регіони Галактики, а отже, умови, в яких перебувала Земля, були далеко не постійними.

Три проходження крізь холодні хмари

За результатами комп'ютерного моделювання, за останні кілька мільйонів років Сонце, принаймні, тричі проходило крізь холодні та щільні скупчення міжзоряного газу та пилу. Тиск цих хмар був настільки сильним, що захисний щит — геліосферу — стискало до розмірів менших за орбіту Землі. У такі моменти, за оцінками вчених, приблизно 2–3, 6–7 та 13–14 мільйонів років тому Земля опинялася безпосередньо відкритою для космічного середовища, позбавлена попереднього рівня захисту.

Геологічні сліди та механізм охолодження

На користь цієї картини вказують геологічні дані: у зразках донних відкладів, антарктичному снігу та місячному ґрунті вчені виявили елементи, характерні саме для міжзоряного пилу відповідних періодів. За моделлю дослідників, потрапляння водню з холодних хмар в атмосферу збільшувало кількість водяної пари та змінювало динаміку верхніх шарів атмосфери. Це, в свою чергу, призводило до різкого охолодження поверхні та могло запускати льодовикові періоди. Автори наголошують, що йдеться про ймовірнісну модель, а не про єдиний можливий сценарій.

Таємниця рідкої води 3 мільярди років тому

Окрема група з NASA Goddard Space Flight Center розбирала іншу загадку: як на Землі існувала рідка вода близько 3 мільярдів років тому, якщо тоді Сонце світило приблизно на 30 відсотків слабше, ніж зараз. Підказку дали спостереження телескопа Kepler за молодими зорями, схожими на раннє Сонце. Виявилося, що молоде Сонце щодня викидало потужні потоки високоенергетичних частинок — суперспалахи, які бомбардували давню атмосферу.

Оксид азоту як давній парниковий газ

Під час лабораторного моделювання давньої атмосфери — суміші азоту, аміаку, вуглекислого та вуглекислого газів — і її опромінення протонами утворився оксид азоту. Це парниковий газ, у 300 разів потужніший за вуглекислий газ. Вчені зазначають, що навіть якщо ультрафіолет руйнував більшу частину сполуки, залишкових 10 відсотків оксиду азоту вистачало, щоб прогрівати екваторіальні регіони до плюс 5 градусів за Цельсієм. За їхніми розрахунками, цього було достатньо для існування рідкого океану та швидкого синтезу амінокислот, що стали основою для життя.

Що це означає для розуміння клімату

Разом обидва дослідження розширюють картину кліматичної історії Землі: зовнішні космічні фактори — від стиснення геліосфери до активності молодого Сонця — могли грати помітну роль нарівні з внутрішніми геологічними та атмосферними процесами. При цьому автори обох робіт наголошують модельний характер висновків: механізми реконструйовано на основі моделювання та лабораторних експериментів, а не прямих вимірювань, тому деталі та часові рамки залишаються предметом подальших перевірок.