* بر پایه ی الگوهای استاندارد، خورشید در جوانی بسیار کم نورتر بوده. ولی این ما را با یک پارادوکس روبرو
می کند، چرا که در آن صورت، دمای سیاره های زمین و بهرام می بایست کمتر
از آن بوده باشد که بتوانند آب مایع داشته باشند.
بر پایه ی الگوهای استاندارد، خورشید ما در جوانی بسیار کم نورتر بوده، ولی ابداع کردن راه و مدلی که در آن، زمین آغازین "یخ نزند" برای الگوسازان اقلیمی کار آسانی نبوده است. راه حل جانشین - که در حال حاضر روند بازآزمایی توسط گروهی از پژوهشگران را می گدراند - اینست که بنا بر فرض آن، خورشید آغازین کمی بزرگ تر (و در نتیجه درخشان تر) از آنچه انتظار میرفت بوده است.
 |
بادهای نیرومند در پیرامون ستارگان کم جرم و پرجرم دیده شده، ولی ستارگانی
مانند خورشید کمتر نشانه هایی از شرایطی با باد نیرومند ارایه می کنند.
تصویر بزرگ تر |
بیشتر ستارگان با افزایش سن تمایل به افزایش درخشندگی دارند. دلیلش هم اینست که هسته ی آن ها با گذشت زمان چگالتر و بنابراین داغتر می شود. با این فرض که خورشید ما هم چنین روندی را پیموده باشد، می توان چنین برآورد کرد که
4.5 میلیارد سال پیش، 30 درصد کم نورتر از اکنون بوده.
اشتین زینگوردسون (Steinn Sigurdsson) از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا می گوید: «خورشید جوان و کم نور ما را با یک پارادوکس (ناسازنما) روبرو می کند، چرا که در آن صورت، دمای سیاره های زمین و بهرام (مریخ) می بایست کمتر از آن بوده باشد که بتوانند آب مایع داشته باشند.»
سردتر از آن که آب مایع داشته باشد؟ احتمالن نه. شواهد موجود در دیرینه ترین سنگ ها نشان می دهد که زمین در 4.4 میلیارد سال پیش هم اقیانوس هایی از آب مایع داشته. روی بهرام هم دانشمندان شواهدی دارند از این که این سیاره هم در 4 میلیارد سال پیش، گرم و دارای آب سراسری بوده.
برای جلوگیری از به اصطلاح "
پارادوکس خورشید جوان و کم نور"، دانشمندان طی 25 سال گذشته، بیرون زدن خورشید از منحنی "استاندارد" تکامل را بررسی کرده اند. اگر خورشید از آغاز با اندکی جرم بیشتر زندگیش را شروع کرده باشد، پس این خورشید آغازین به حد کافی درخشان بوده که بتواند دمای مناسبی برای نگهداری آب مایع به زمین و بهرام بدهد. نکته اینست که می بایست خورشید
بادهایی بسیار نیرومند می داشته تا بتواند از راه آن ها، جرم اضافی را از دست بدهد و به "وزن طبیعی" برسد.
زیگوردسون و همکارانش در حال تلاش برای حل این مشکل تازه اند. آن ها با سرمایه ی بنیاد زیست-ستاره شناسی ناسا، از مدل های پیشرفته و اصلاح شده ی رایانه ای و تازه ترین داده های خورشیدی برای مقایسه ی سناریوهای گوناگون استفاده خواهند کرد، همچنین به دنبال نشانه های احتمالی خواهند گشت که بنا بر آن ها، خورشید در گذشته یک "رژیم سخت" داشته است.
راه حل گلخانه ای
فرضیه ی خورشید جوان و پرجرم این روزها چندان مورد توجه نیست.
رنو مالوترا (
Renu Malhotra) از آزمایشگاه ماه و سیاره ای در دانشگاه ایالتی آریزونا، که در این پژوهش درگیر نیست می گوید: «به نظر من این یک فرضیه ی پذیرفتنی است که چندان مورد توجه جامعه ی سنتی
دانش آب و هوایی قرار نگرفته.» به گمان وی این فرضیه می تواند راه حلی بسیار ساده تر باشد، مثل پاره کردن یک گره کور.
رویکرد محبوب تر اینست که افزایش دما را ناشی از افزایشی در پدیده ی گلخانه ای بدانیم. هنگامی که کارل ساگان و جرج مولن نخستین بار در سال 1974 متوجه پارادوکس خورشید جوان و کم نور شدند، پیشنهاد وجود آمونیاک، یک گاز گلخانه ای پرقدرت را مطرح کردند که می توانسته گرما را در جو آغازین زمین به دام انداخته باشد. ولی بعدتر نشان داده شد که پرتوهای فرابنفش خورشید می توانسته به سرعت چنین آمونیاکی را از بین ببرد.
اکنون بیشتر توجه ها به مدل هاییست که بر پایه ی آن ها، زمین آغازین توسط
مقادیر زیادی دی اکسید کربن (100 برابر میزان کنونی) پوشیده شده بوده. ولی این هم با پیشینه ی ثبت شده ی زمین شناختی سازگار نیست. در این پیشینه، سیدریت (
FeCO3) - یک کانی که در شرایط فراوانی
CO2 به آسانی ساخته می شود - به طور گسترده ای در کهن ترین سنگ های زمین غایب است.
حتی اگر آنقدر گاز گلخانه ای که برای گرم نگه داشتن زمین بسنده کند را بتوانیم بیابیم، چنین چیزی برای سیاره ی بهرام ظاهرن پذیرفتنی نیست. این سیاره ی سرخ از خورشید دورتر است و نیازمند ا
ثر گلخانه ای گسترده و ناشدنی بوده است. برای مثال، میزان دی اکسید کربن موردنیاز برای این پدیده به قدری بالاست که ابرهایی از CO2 [به دور بهرام] ساخته می شد و این ابرها بیش از آن که پرتوی خورشید را به دام بیندازند، آن را باز می تاباندند.
زیگوردسون می گوید: «برای بهرام راه حل گلخانه ای وجود ندارد. ولی زمین-شیمیدانان شاید آمادگی کنار گذاشتن آن را نداشته باشند.»
بادهای تغییر
نبودِ یک راه حل روشن آب و هوایی برای این پارادوکس، راه ها را برای بررسی "جرم آغازین خورشید" باز می گذارد.
 |
عکسی که فضاپیمای وایکینگ ناسا که در سال 1975 به فضا پرتاب شد،
از سیاره ی بهرام (مریخ) گرفت. تصویر بزرگ تر |
پژوهش قبلی نشان می داد که موضوع "جرم آغازین خورشید" در حقیقت راه حل چندان امیدوتر کننده ای هم نیست؛ افزایش جرم خورشید می بایست چیزی میان 2 تا 5 درصد بوده باشد. افزایشی کمتر از این، برای گرم شدن زمین بسنده نمی کرد. بیشتر از این هم باعث می شد خورشید به ستاره ای غیر از این که امروز می بینیم و می شناسیم تبدیل بشود.
گروه زیگوردسون در حال بررسی این محدوده ی جرمی به وسیله ی یک مدل رایانه ای تکامل ستاره ای به نام
MESA هستند.
MESA از مدل های پیشین، پیجیده تر و پیشرفته تر است. این مدل با کد متن باز (
open source) در بنیاد فیزیک Kavli و توسط بیل پاکستون و همکارانش ایجاد شده.
ستاره شناسان می توانند غیر از جرم، دیگر پارامترهای مربوط را نیز تغییر دهند، مانند غلظت نسبی عناصری که خورشید زندگیش را با آن ها آغازیده، و همچنین درجه ی آشفتگی در پلاسمای متلاطم خورشید. زیگوردسون در این باره می گوید: «ما اکنون داده های بسیار بیشتری از خورشید داریم که با آن ها می توانیم مدل هایمان را محدودتر کنیم.»
بخش مهم و دشوار کار اینجاست که
باد خورشید، جرم اضافی را تنها در یک بازه ی زمانی مناسب از آن جدا کرده باشد. اگر باد خورشیدی که امروز می بینیم در همه ی عمر خورشید یکسان و به همین اندازه بوده، پس ستاره ی ما می بایست تنها حدود 0.05 درصد از جرمش را از دست داده باشد. بیشتر دانشمندان بر این باورند که باد خورشید در زمان گذشته نیرومندتر بوده، ولی این که چقدر نیرومنرتر، قابل بحث و گفتگوست.
به گفته ی زیگوردسون، خورشید برای این که بتواند گرمای سیاره ها را فراهم کند بدون این که از محدودیت های خود پا فراتر بگذارد، می بایست جرم اضافی را در حدود صد میلیون سال آغاز زندگیش از دست داده باشد. در این صورت باد خورشیدی [در آن زمان] باید به حدود 1,000 بار سریع تر از بادهای کنونی می رسیده.
سورن میبوم (Søren Meibom) از دانشگاه هاروارد، که او هم درگیر این پروژه نیست می گوید: «شاید کسانی پیدا شوند که بگوبند چنین چیزی شدنی نیست، ولی ما برای محدود کردن مدل هایمان، نیاز به مشاهدات بهتری داریم.»
چنانچه می دانیم، بادهای نیرومند از ستارگانی با جرم زیاد و جرم کم می وزند، ولی ستارگانی با جرم میانگین مانند خورشید به نظر نمی رسد که چنین بادی داشته باشند. مالوترا می گوید: «خیلی مهم است که در مشاهدات ستاره شناسی، برای "یک خورشید جوان و پرجرم" یک پشتیبان از ستارگان جوان
خورشیدسان پیدا کنیم. چنین ستارگانی به نظر می رسد در آغاز بسیار سریع جرم از دست می دهند.»
نشانه های انبساط یک ستاره
 |
رصدخانه ی هلیوسفری خورشیدی (SOHO) در 23 ژانویه ی 2012 این
عکس را از فوران تاجی (CME) ناشی از یک شراره ی عظیم خورشیدی
ثبت کرد. |
اگر خورشید مقدار چشمگیری از جرمش را در جوانی از دست داده باشد، باید بتوانیم نشانه هایی از این امر را در منظومه ی خورشیدی بیتبیم. برای نمونه، در برخی شهاب سنگ ها آسیب بلوری‌ای (
crystal damage) دیده شده که به نظر می رسد در اثر یک باد خورشیدی نیرومندتر پدید آمده است، ولی این که "چقدر نیرومندتر؟" را هنوز نمی دانیم.
در سال 2007، مالوترا و دیوید مینتون، که هم اکنون در در دانشگاه پردو می باشد، به دنبال نشانه هایی در دینامیک مداری منظومه ی خورشیدی گشتند که بتواند سنگین تر بودن خورشید در جوانیش را ثابت کند. برای نمونه، در چنین صورتی سیاره ها در آغاز می بایست به دلیل نیروی گرانش قوی تر خورشید، در مدارهایی تنگ تر و به هم نردیک تر دور خورشید می چرخیدند. ولی دریافتند که این تفاوت احتمالن آنقدر اندک بوده که نمی توانسته رد قابل توجهی از خود در منظومه ی خورشیدی کنونی به جای گذاشته باشد.
به نظر مالوترا و مینتون، بهترین جا برای جستجوی نشانه های مداری می تواند در چگونگی پراکندگی
اقمار نامنظم و غیرعادی سیاره ها باشد، از جمله ماه هایی مانند فوبه، ماه کیوان و هیمالیا، ماه مشتری که در مدارهایی مایل و دور از سیاره هایشان جای گرفته اند. با از دست دادن جرم توسط خورشید، سیاره ها بیشتر می توانستند ماه های نامنظم را به دام بیندازند. مالوترا می گوید در نظر دارد در آینده، این پدیده را از نزدیک تر بررسی کند.
هدف پروژه ی زیگوردسون اینست که در خود خورشید به دنبال تغییرات به جا مانده، یا "نشانه های انبساط" از دورانی آغازین که خورشید سنگین تر بوده بگردند. آن ها امیدوارند چیزی بیابند که در زلزله شناسی های خورشیدی یا خورلرزه نگاری های (helioseismology) آینده که به بررسی لرزش های تولید شده در درون خورشید می پردازند قابل آشکارسازی باشد. زیگوردسون می گوید: «امیدواریم هسته ی خورشید یک نشانه هایی به ما ارایه کند.»
واژه نامه:
sun - Earth - paradox - Mars - Steinn Sigurdsson - evolution curve - liquid water - solar wind - crash diet - Renu Malhotra - Gordian knot - greenhouse effect - Carl Sagan - George Mullen - ultraviolet - ammonia - siderite - FeCO3 - CO2 - Red Planet - carbon dioxide - solar mass - stellar evolution - MESA - Kavli Institute - Bill Paxton - plasma - Søren Meibom - solar system - orbital dynamics - gravity - Saturn - Phoebe - Jupiter - Himalia - irregular moons - David Minton - helioseismology - core - NASA - Viking spacecraft - Solar Heliospheric Observatory - SOHO - coronal mass ejection - CME - solar flare
