Sunce nije samo izvor topline za Zemlju. Dok se zajedno sa svojim planetima kreće oko središta Mliječne staze, prolazi kroz različita područja međuzvjezdanog prostora. Dva nova rada pokazuju kako su ta putovanja, ali i vrlo aktivna mladost Sunca, mogli utjecati na klimu našeg planeta.
Jedan rad proučava kako su gusti, hladni oblaci plina i prašine mogli stisnuti heliosferu, golemi mjehur koji stvara Sunčev vjetar i koji cijeli Sunčev sustav štiti od dijela galaktičkog zračenja. Drugi rad laboratorijskim pokusima i klimatskim modelima ispituje kako su snažne čestice iz čestih superbaklji mladog Sunca mogle zagrijati ranu Zemlju.
Rezultati ne znače da je Sunce jedini pokretač drevnih klimatskih promjena. Oni sugeriraju da se u priču o Zemljinoj klimi moraju uključiti i širi uvjeti u kojima se Sunčev sustav kreće te promjenjivo ponašanje same zvijezde.
Kad se heliosfera smanji ispod Zemljine putanje
Heliosfera nastaje zato što Sunce neprestano izbacuje Sunčev vjetar, tok elektrona, protona i drugih nabijenih čestica. Taj tok oblikuje područje koje se proteže daleko izvan orbite planeta i djeluje kao zaštitni omotač od dijela visokoenergetskih čestica iz međuzvjezdanog prostora.
No heliosfera nije nepromjenjiva. Ovisi o snazi Sunčeva vjetra i o gustoći materijala kroz koji Sunčev sustav prolazi. U preglednom radu "Understanding the Heliospheric Shield", objavljenom u časopisu Annual Review of Astronomy and Astrophysics, Merav Opher sa Sveučilišta u Bostonu opisuje modele koji rekonstruiraju kroz kakva je područja Mliječne staze Sunce prolazilo tijekom posljednjih deset milijuna godina.
Prema tim modelima, Sunčev je sustav barem tri puta naišao na vrlo hladne i guste oblake međuzvjezdanog plina i prašine: prije približno 13–14 milijuna godina, 6–7 milijuna godina i 2–3 milijuna godina. Pritisak takvog oblaka mogao je stisnuti heliosferu na veličinu manju od Zemljine orbite. U tom bi se slučaju Zemlja privremeno našla izvan Sunčeva zaštitnog mjehura, iako bi je i dalje štitili vlastito magnetsko polje i atmosfera.
U simulacijama bi tada do Zemlje dolazila drukčija mješavina čestica i zračenja nego danas. Hladan i gust međuzvjezdani vodik mogao bi povećati količinu vodene pare u gornjoj atmosferi te promijeniti njezinu dinamiku. Modeli pokazuju da bi takve promjene mogle utjecati na uvjete pri tlu i pridonijeti nekim drevnim klimatskim pomacima, uključujući moguća razdoblja zahlađenja.
Tragovi oblaka pronađeni su i na Zemlji
Istraživači svoju hipotezu ne temelje samo na računalnim izračunima. U dubokomorskim sedimentima, antarktičkom snijegu i lunarnim uzorcima pronađeni su elementi koji su česti u međuzvjezdanoj prašini, a njihova se starost približno podudara s vremenima predviđenih susreta.
To podudaranje zanimljiv je trag, ali nije konačan dokaz da je prolazak kroz oblak izazvao određeno ledeno doba. Klimu su istodobno oblikovali i orbitalne promjene, sastav atmosfere, ledeni pokrivači te procesi unutar samog planeta. Novi modeli zato ne zamjenjuju dosadašnja objašnjenja, nego im dodaju mogući vanjski čimbenik.
Više o granici Sunčeva utjecaja i ponašanju Sunčeva vjetra pročitajte u tekstu o novim podacima letjelice New Horizons s ruba Sunčeva sustava, a osnovne pojmove o Sunčevu vjetru, erupcijama i utjecaju na Zemlju u objašnjenju svemirskog vremena.
Mlado Sunce bilo je preslabo, ali vrlo nemirno
Drugi rad bavi se mnogo starijim razdobljem. Prije približno tri milijarde godina Sunce je sjalo sa samo oko 70 posto današnje snage. Prema jednostavnom izračunu, takvo bi Sunce Zemlju trebalo ostaviti zaleđenu. Geološki zapisi ipak pokazuju da je na planetu postojala tekuća voda. Taj je problem poznat kao "paradoks slabog mladog Sunca".
Jedan od mogućih odgovora krije se u ponašanju mladih zvijezda sličnih Suncu. Podaci teleskopa Kepler pokazuju da takve zvijezde mogu često izbacivati superbaklje, odnosno vrlo snažne erupcije koje u okolni prostor šalju velike količine visokoenergetskih čestica.
U radu objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal Letters, Kensei Kobayashi i suradnici pokušali su u laboratoriju provjeriti što bi takve čestice učinile ranoj atmosferi. U komoru su stavili smjesu molekularnog dušika, amonijaka, ugljikova dioksida i ugljikova monoksida, a zatim su je bombardirali protonima koji su trebali oponašati čestice iz superbaklji.
Pokus je proizveo didušikov oksid (N₂O), staklenički plin koji je u dugoročnom klimatskom učinku oko 300 puta snažniji od ugljikova dioksida. U smjesi su se pojavili i prekursori aminokiselina, uključujući glicin, što znači da bi iste čestice mogle istodobno utjecati na zagrijavanje i na prebiotičku kemiju.
Zagrijavanje je zasad rezultat modela
Autori su rezultate pokusa uvrstili u fotokemijski model atmosfere i trodimenzionalni klimatski model. U njihovim izračunima čak bi i desetina proizvedenog N₂O, ako bi preživjela razgradnju pod snažnim ultraljubičastim zračenjem mladog Sunca, mogla povisiti temperaturu ekvatorijalnih područja rane Zemlje na približno 5 °C.
To je iznad temperature smrzavanja vode, ali brojka nije izmjerena temperatura drevne Zemlje. Ona proizlazi iz niza pretpostavki o sastavu atmosfere, učestalosti takvih erupcija i tome koliko bi se novonastali plin zadržao. Ipak, model pokazuje kako je mlado Sunce moglo istodobno biti slabije u vidljivoj svjetlosti i snažnije u čestičnom zračenju.
Kombinacija dvaju radova daje širu sliku. Sunčev sustav nije izoliran otok: heliosfera se mijenja dok prolazi kroz Mliječnu stazu, a Sunčeva se aktivnost mijenjala dok je zvijezda sazrijevala. Jedan je proces mogao povremeno povećati izloženost Zemlje međuzvjezdanom prostoru, dok je drugi mogao pomoći u stvaranju stakleničkih plinova koji su održavali tekuću vodu.
Oba su zaključka ipak uvjetna. Rad o heliosferi temelji se na rekonstrukcijama i simulacijama, a rad o mladom Suncu na laboratorijskom pokusu i klimatskom modelu. Oni ne dokazuju da je jedan prolazak kroz oblak uzrokovao određenu klimatsku epizodu niti da su superbaklje same riješile paradoks slabog mladog Sunca. Pokazuju, međutim, da se povijest Zemljine klime ne može razumjeti bez povijesti zvijezde koja je grije i prostora kroz koji zajedno putuju.
