Forskere finder solens historie begravet i månens skorpe

Solen er derfor, vi er her. Det er også derfor, at marsboere eller venusianere ikke er det.

Da Solen kun var en baby for fire milliarder år siden, det gik gennem voldsomme udbrud af intens stråling, spyr brændende, højenergiskyer og partikler på tværs af solsystemet. Disse vokseværk hjalp med at så liv på den tidlige Jord ved at antænde kemiske reaktioner, der holdt Jorden varm og våd. Endnu, disse solarterne raserianfald kan også have forhindret liv i at dukke op på andre verdener ved at strippe dem for atmosfærer og zappe nærende kemikalier.

Hvor ødelæggende disse oprindelige udbrud var for andre verdener ville have afhængt af, hvor hurtigt babysolen roterede om sin akse. Jo hurtigere solen drejede, jo hurtigere ville det have ødelagt betingelserne for beboelighed.

Dette kritiske stykke af Solens historie, selvom, har forvirret videnskabsmænd, sagde Prabal Saxena, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Saxena studerer, hvordan rumvejr, variationerne i solaktivitet og andre strålingsforhold i rummet, interagerer med overfladerne på planeter og måner.

Nu, han og andre videnskabsmænd er klar over, at månen, hvor NASA vil sende astronauter inden 2024, indeholder spor til Solens gamle mysterier, som er afgørende for at forstå livets udvikling.

"Vi vidste ikke, hvordan Solen så ud i dens første milliard år, og det er super vigtigt, fordi det sandsynligvis ændrede, hvordan Venus' atmosfære udviklede sig, og hvor hurtigt den mistede vand. Det ændrede sandsynligvis også, hvor hurtigt Mars mistede sin atmosfære, og det ændrede jordens atmosfæriske kemi, " sagde Saxena.

Sun-Moon ConnectionSaxena snublede i at undersøge den tidlige Sols rotationsmysterium, mens han overvejede et tilsyneladende ikke-relateret et:Hvorfor, når månen og jorden er lavet af stort set det samme stof, er der signifikant mindre natrium og kalium i månens regolit, eller månejord, end i jordens jord?

dette spørgsmål, også, afsløret gennem analyser af Apollo-tidens måneprøver og månemeteoritter fundet på Jorden, har undret videnskabsmænd i årtier - og det har udfordret den førende teori om, hvordan Månen blev dannet.

Vores naturlige satellit tog form, teorien siger, da et objekt på størrelse med Mars smadrede ind i Jorden for omkring 4,5 milliarder år siden. Kraften fra dette styrt sendte materialer ud i kredsløb, hvor de faldt sammen til Månen.

"Jorden og månen ville være dannet med lignende materialer, så spørgsmålet er, hvorfor var Månen udtømt i disse elementer?" sagde Rosemary Killen, en planetarisk videnskabsmand ved NASA Goddard, der forsker i rumvejrs virkning på planetariske atmosfærer og exosfærer.

De to videnskabsmænd havde mistanke om, at det ene stort spørgsmål informerede det andet - at solens historie er begravet i månens skorpe.

Killens tidligere arbejde lagde grundlaget for holdets efterforskning. I 2012 hun hjalp med at simulere den effekt solaktivitet har på mængden af ​​natrium og kalium, der enten leveres til Månens overflade eller slås af af en strøm af ladede partikler fra Solen, kendt som solvinden, eller ved kraftige udbrud kendt som koronale masseudstødninger.

Saxena inkorporerede det matematiske forhold mellem en stjernes rotationshastighed og dens blusaktivitet. Denne indsigt blev afledt af forskere, der studerede aktiviteten af ​​tusindvis af stjerner opdaget af NASAs Kepler-rumteleskop:Jo hurtigere en stjerne drejer, de fandt, jo voldsommere er dets udkast. "Når du lærer om andre stjerner og planeter, især stjerner som vores sol, du begynder at få et større billede af, hvordan Solen udviklede sig over tid, " sagde Saxena.

Ved at bruge sofistikerede computermodeller, Saxena, Killen og kolleger tror, ​​at de endelig kan have løst begge mysterier. Deres computersimuleringer, som de beskrev den 3. maj i The Astrofysiske tidsskriftsbreve , viser, at den tidlige sol roterede langsommere end 50 % af babystjernerne. Ifølge deres skøn, inden for dens første milliard år, Solen tog mindst 9 til 10 dage at fuldføre en rotation.

De bestemte dette ved at simulere udviklingen af ​​vores solsystem under en langsom, medium, og så en hurtigt roterende stjerne. Og de fandt ud af, at kun én version - den langsomt roterende stjerne - var i stand til at sprænge den rigtige mængde ladede partikler ind i Månens overflade for at banke nok natrium og kalium ud i rummet over tid til at efterlade de mængder, vi ser i måneklipperne i dag.

"Rumvejr var sandsynligvis en af ​​de største påvirkninger af, hvordan alle planeterne i solsystemet udviklede sig, " sagde Saxena, "så enhver undersøgelse af planeters beboelighed skal overveje det."

Liv under den tidlige sol Den tidlige sols rotationshastighed er delvist ansvarlig for livet på jorden. Men for Venus og Mars - begge klippeplaneter, der ligner Jorden - kan det have udelukket det. (Kviksølv, den nærmeste klippeplanet til Solen, aldrig haft en chance.)

Jordens atmosfære var engang meget anderledes end den iltdominerede, vi finder i dag. Da Jorden blev dannet for 4,6 milliarder år siden, et tyndt hylster af brint og helium klamrede sig til vores smeltede planet. Men udbrud fra den unge sol fjernede den oprindelige tåge inden for 200 millioner år.

Da jordskorpen størknede, vulkaner hostede gradvist en ny atmosfære op, fylde luften med kuldioxid, vand, og nitrogen. I løbet af de næste milliard år, det tidligste bakterieliv forbrugte denne kuldioxid og, I bytte, frigivet metan og ilt til atmosfæren. Jorden udviklede også et magnetfelt, som hjalp med at beskytte den mod solen, lader vores atmosfære forvandle sig til den ilt- og nitrogenrige luft, vi indånder i dag.

"Vi var heldige, at Jordens atmosfære overlevede de forfærdelige tider, " sagde Vladimir Airapetian, en senior Goddard heliofysiker og astrobiolog, der studerer, hvordan rumvejr påvirker beboeligheden af ​​jordiske planeter. Airapetian arbejdede med Saxena og Killen på det tidlige Sun-studie.

Havde vores sol været en hurtig rotator, det ville have brudt ud med superblus 10 gange stærkere end nogen i den registrerede historie, mindst 10 gange om dagen. Selv Jordens magnetfelt ville ikke have været nok til at beskytte den. Solens eksplosioner ville have decimeret atmosfæren, reducere lufttrykket så meget, at Jorden ikke ville tilbageholde flydende vand. "Det kunne have været et meget hårdere miljø, " bemærkede Saxena.

Men Solen roterede i et ideelt tempo for Jorden, som trivedes under den tidlige stjerne. Venus og Mars var ikke så heldige. Venus var engang dækket af vandhave og kan have været beboelig. Men på grund af mange faktorer, herunder solaktivitet og manglen på et internt genereret magnetfelt, Venus mistede sin brint - en kritisk bestanddel af vand. Som resultat, dens oceaner fordampede inden for de første 600 millioner år, ifølge skøn. Planetens atmosfære blev tyk af kuldioxid, et tungt molekyle, der er sværere at blæse væk. Disse kræfter førte til en løbsk drivhuseffekt, der holder Venus på sydende 864 grader Fahrenheit (462 grader Celsius), alt for varmt for livet.

Mars, længere fra Solen end Jorden er, ser ud til at være mere sikker mod stjerneudbrud. Endnu, den havde mindre beskyttelse end Jorden. Dels på grund af den røde planets svage magnetfelt og lave tyngdekraft, den tidlige Sol var gradvist i stand til at blæse sin luft og vand væk. For omkring 3,7 milliarder år siden, Mars atmosfære var blevet så tynd, at flydende vand straks fordampede ud i rummet. (Vand findes stadig på planeten, frosset i polarhætterne og i jorden.)

Efter at have påvirket kursen for liv (eller mangel på samme) på de indre planeter, den aldrende Sol bremsede gradvist sit tempo og fortsætter med at gøre det. I dag, den drejer en gang hver 27. dag, tre gange langsommere, end den gjorde i sin vorden. Det langsommere spin gør det meget mindre aktivt, selvom Solen stadig har voldsomme udbrud af og til.

Udforsker Månen, Vidne til solsystemets evolution For at lære om den tidlige sol, Saxena sagde, du behøver ikke se længere end til Månen, en af ​​de mest velbevarede artefakter fra det unge solsystem.

"Grunden til, at Månen ender med at være en virkelig nyttig kalibrator og et vindue ind i fortiden, er, at den ikke har nogen irriterende atmosfære og ingen pladetektonik, der genopstår i skorpen, " sagde han. "Så som et resultat, du kan sige, 'Hej, hvis solpartikler eller andet rammer den, Månens jord burde vise beviser for det."

Apolloprøver og månemeteoritter er et godt udgangspunkt for at sondere det tidlige solsystem, men de er kun små brikker i et stort og mystisk puslespil. Prøverne er fra et lille område nær månens ækvator, og videnskabsmænd kan ikke med fuldstændig sikkerhed sige, hvor på Månen meteoritterne kom fra, hvilket gør det svært at placere dem i geologisk sammenhæng.

Da Sydpolen er hjemsted for de permanent skyggefulde kratere, hvor vi forventer at finde det bedst bevarede materiale på Månen, inklusive frosset vand, NASA sigter mod at sende en menneskelig ekspedition til regionen inden 2024.

Hvis astronauter kan få prøver af månens jord fra Månens sydligste region, det kunne give mere fysisk bevis på babysolens rotationshastighed, sagde Airapetian, der har mistanke om, at solpartikler ville være blevet afbøjet af Månens tidligere magnetfelt for 4 milliarder år siden og aflejret ved polerne:"Så du ville forvente - selvom vi aldrig har set på det - at kemien i den del af Månen, den, der er udsat for den unge sol, ville være meget mere ændret end de ækvatoriale regioner. Så der er meget videnskab, der skal laves der."