研究暗示太阳早期比之前所预计的体积更大、更明亮

科学家一直在试图解释：太阳早期比较暗淡，为什么地球上的水不会冻结？

美国天文学家近日使用改进的计算机模型对太阳早期的状态进行研究，研究结果表明，太阳早期处于“婴儿肥”状态，在诞生之后数亿年里失去了大量的质量，并且该项研究暗示太阳早期比之前所预计的体积更大、更明亮。

科学家之前创建的太阳标准模型显示，我们的太阳在婴儿时期比现在更暗淡。大多数恒星随着年龄增长其亮度往往也增加，因为随着时间的推移，恒星的核心变得更加密集，因此温度也变得更高。假设我们的太阳也遵循这个规律，可以预计太阳在45亿年前比现在要暗淡30%。美国宾夕法尼亚州大学天文学家施坦因•希古拉德森(Steinn Sigurdsson)说：‘如果太阳早期比较暗淡，那么地球和火星上的温度应该是很低，无法形成液态水。太冷没有液态水吗？不太可能，最古老岩石的证据表明，地球早在44亿年前就有液态海洋。在火星上，科学家获得的证据表明，火星在40亿年前是一个温暖、湿润的星球。为了避免所谓的“微弱的年轻太阳”的矛盾说法，科学家在过去的25年没有把太阳放在“标准”的演化曲线上进行研究。他们认为，太阳早期的质量更大，亮度更大，足以维持地球和火星上的液态水温度。太阳需要有极强的太阳风，吹掉多余的质量，并返回到“正常体重”。’

希古拉德森和他的同事们重新探讨这个问题，并得到美国宇航局天体生物学研究所的资助，他们使用改进的计算机模型，连同最新的太阳数据比较各种情况，并寻找太阳曾经“减肥”的迹象。

太阳早期比较暗淡，为什么地球上的水不会冻结？比较流行的解释是，当时地球有很强的温室效应。卡尔•萨根（Carl Sagan）和乔治•马伦（George Mullen）在1972年首次提出“微弱的年轻太阳”观点，他们认为一种强大的温室气体--氨气在地球早期大气中捕获了大量热量。但后来的研究表明，来自太阳的紫外线会很快摧毁这个氨气。

目前最令人关注的模型假定早期的地球是由大量的二氧化碳覆盖，二氧化碳是当前水平的100倍。然而，这与地质记录不符合，因为一种很容易在高浓度二氧化碳条件下形成的矿物质菱铁矿（FeCO3）没有在最古老的岩石样本中发现。

即使能证明当时有足够的温室气体，以保持地球温暖，但这种解释对火星不适用。这个红色星球离太阳更远，它需要更大的温室效应。例如，二氧化碳是如此之多，开始形成二氧化碳云层，结果是云层只会反射热量，而不是捕获热量。希古拉德森说：“温室效应的解释行不通，但是，地球化学家并不准备放弃。”

另外一种可能是太阳的初始质量的变化。科学家推测，太阳质量的增长是在2%-5%之间。不可能更少，否则地球热不起来。也不可能更多，否则太阳已演变成与现在完全不同的恒星。希古拉德森的研究团队正在使用一个新的恒星演化计算机模型探索此质量范围，称为MESA，它比之前的模型更精细高级。源代码由卡维利物理研究所(Kavli Institute for Physics)的比尔•帕克斯顿（Bill Paxton）和同事开发。除质量外，研究人员可以调整其它相关参数，如太阳初期元素的相对集中，以及太阳的等离子体内的湍流程度。希古拉德森说：“我们现在有更大量的太阳数据，以加强我们对模型的限制。”

最令人费解的问题是太阳风如何吹走额外的质量。如果太阳风以现在的速度持续不断地吹太阳，那么我们的太阳只失去了其质量的约0.05%。大多数科学家认为太阳风比过去更强，但强多少是一个有争议的问题。太阳在早期的几亿年里已失去了额外的质量，希古拉德森说，这意味着太阳风比我们目前观察到的快约1000倍。据悉，强风只存在于高质量和低质量的恒星周围，但像太阳这样的中等质量恒星似乎不会有强风。美国亚利桑那大学的行星科学家雷努•马尔霍特拉（ Renu Malhotra）说：“类日恒星在初期似乎会非常迅速地失去其质量。”

如果太阳确实在早期失去了相当数量的质量，我们可能会在一些太阳系统数据中找到一些提示信息。例如，一些陨石显示晶体损失，似乎来自一个更强大的太阳风，但到底有多强尚不清楚。

马尔霍特拉和美国普渡大学的大卫•明顿（David Minton）在2007年研究太阳系的轨道动力学是否有可容纳一个庞大年轻太阳的任何特征。例如，由于太阳的强大引力，太阳系行星的运行轨道应该更紧密。但事实证明，差别太小，没有留下任何明显痕迹。马尔霍特拉和明顿表示，最有可能找到与轨道相关的迹象是在不规则卫星的分布中，比如土星的卫星菲比（Phoebe）和木星的卫星木卫六，它们有倾斜轨道。由于太阳质量损失，可以提高行星捕捉不规则卫星的效率。马尔霍特拉说，她计划在未来研究这种效果。

希古拉德森的项目的目标是从太阳早期的变化预测太阳未来将会发生怎样的变化，他说：“太阳的核心很可能为我们提供某种线索。”

搜狐科学（尚力）