Hat unsere alte Sonne eine Diät gemacht? Mars-Rock-Bands könnten das Paradoxon der schwachen jungen Sonne lösen

Eine Sonne, die an Gewicht verliert, ist eine Möglichkeit, das Paradoxon der „schwachen jungen Sonne“ zu lösen.

S. Wiessinger/BNE/NASA’s Goddard Space Flight Center

Als die Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren eine Masse frisch geprägten Gesteins war, war das Sonnensystem ein kalter Ort. Physiker sagen voraus, dass unsere junge Sonne etwa 15% bis 25% weniger Energie abgibt als heute — genug, um über den Ozeanen der Erde einzufrieren und den Mars noch kälter zu machen. Doch alte Felsen deuten darauf hin, dass Wasser über beide Planeten floss und ein verwirrendes Rätsel aufwirft.

Jahrelang lösten Klimamodellierer dieses sogenannte Paradoxon der „schwachen jungen Sonne“, indem sie vorschlugen, dass die alten Atmosphären auf beiden Planeten die richtige Zusammensetzung von Treibhausgasen hatten, um sie zu isolieren und über dem Gefrierpunkt zu halten. Aber wenn die junge Sonne ihr aktuelles Gewicht erst nach einer Diät erreicht hätte – vielleicht 5% ihrer frühen Masse in einem Sternwind aus entweichenden Partikeln abgeworfen – hätte sie in ihrer Vergangenheit heller gebrannt als vorhergesagt, was das Paradoxon auflöste. Das einzige Problem mit dieser Hypothese? Wissenschaftler hatten keine Möglichkeit zu wissen, ob diese stellare Abspaltung stattgefunden hat.

Nun sagen Astronomen, dass sie einen potenziellen „Fingerabdruck“ der alten Masse—Klima-Zyklen der Sonne gefunden haben, die in Bändern von Marsgesteinen erhalten sind. Um ihren Marker zu finden, begannen Christopher Spalding, ein Planetenastronom an der Yale University, der Geobiologe Woodward Fischer am California Institute of Technology in Pasadena und der Astronom Gregory Laughlin von Yale mit einem Umlaufzyklus, den sowohl die Erde als auch der Mars erleben. Während sich die Planeten des Sonnensystems um die Sonne drehen, zwickt ihre eigene Schwerkraft die Umlaufbahnen des anderen.

Eine von vielen solcher Wechselwirkungen zieht die Umlaufbahnen von Erde und Mars zwischen einer kreisförmigeren und einer elliptischeren hin und her. Dieses Muster, ein Verwandter der Zyklen, die für die Eiszeiten der Erde verantwortlich sind, wiederholt sich alle 405.000 Jahre. Den Simulationen des Teams zufolge hat dieser Zyklus über die gesamte Geschichte des Sonnensystems hinweg eine verlässliche Zeit beibehalten.

Spaldings Team schlägt vor, dass sich das Klima auf der Erde und auf dem Mars verschoben hat, als ihre wechselnden Umlaufbahnen sie näher und weiter von der Sonne wegführten und zyklische Streifenmuster im Sedimentgestein hinterließen, wie die geschichteten Bänder an den Wänden skandinavischer Fjorde. Wenn die Umlaufbahnen der frühen Planeten sie beispielsweise näher an die Sonne brachten, würden bereits feuchte Gebiete mehr Wärme, mehr Niederschlag oder Schnee und damit mehr Erosion erhalten. Sedimentschichten wären zu diesen Zeiten relativ dicker als in kälteren Teilen des Zyklus.

Gesteinsschichten auf dem Mars könnten einen 400.000-jährigen Klimazyklus aufzeichnen.

MSS/JPL-Caltech/NASA

Und das bedeutet, dass es verwendet werden könnte, um die Masse der Sonne zu verfolgen. Wenn die Sonne vor einigen Milliarden Jahren 5% schwerer gewesen wäre, hätte sie die Planeten stärker zerrt und die Frequenz des Zyklus um weitere 5% auf etwa einmal pro 386.000 Jahre erhöht.

Leider bewahrt die Erde aufgrund der Abwanderung der Plattentektonik wenig von ihrem alten Gestein. Aber Mars tut es. Spalding schlägt dort einen zukünftigen Rover vor, bewaffnet mit Dating Ausrüstung, könnte den Trick machen, Er berichtet in einem Artikel an die Astrophysical Journal Letters. „Sie müssen es als Nebenprojekt tun“, sagt er, „weil jeder mehr Leben finden will als 400.000 Jahre Banding.“

Im Jahr 2006 legte ein anderes Team den Grundstein für Spaldings Hypothese und wies auf die lineare Beziehung zwischen der Sonnenmasse und der größeren Familie interplanetarer Orbitalzyklen hin. Aber sie hörten an diesem Punkt auf, weil sie der Meinung waren, dass „die Klimabilanz oder die geologische Aufzeichnung nicht genügend Auflösung hat“, sagt Renu Malhotra, ein Planetenwissenschaftler an der Universität von Arizona in Tucson, der die frühere Studie leitete. Sie hat ähnliche Vorbehalte gegen Spaldings Ansatz, sagt sie.

Unterdessen sagt Dawn Sumner, Geobiologin an der University of California, Davis, und Mitglied des NASA-Rover-Teams Curiosity, dass moderne Mars-Rover zumindest einen Teil der Arbeit leisten könnten, die Spaldings Team vorgeschlagen hat. Curiosity hat bereits die Dicke der Sedimentschichten an exponierten Hängen gemessen, und der neu ausgewählte Landeplatz für den Rover 2020 scheint steile Klippen zu haben, die ähnliche Streifen aufweisen können. „Wenn wir den richtigen Ort gefunden haben, werden die Leute das tun“, sagt sie.

Aber Sumner ist weniger zuversichtlich, wenn es darum geht, die verschiedenen Schichten zu datieren, die entscheidend sind, um winzige Änderungen in den Orbitalzyklen aufzudecken. Auf der Erde, Sie sagt, diese Art von Präzision Dating erfordert viel Feldarbeit, um die besten Proben zu finden und sie ins Labor zurückzubringen. Ein Rover hingegen würde es schwer haben, alles vor Ort zu erledigen. Angesichts dieses Hindernisses sagt sie: „Es ist wahrscheinlich unmöglich, es in den nächsten Jahrzehnten auf dem Mars zu testen.“

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