太阳的历史被发现埋在月球的地壳中

太阳的历史被发现埋在月球的地壳中

40亿年前，当太阳还是一个婴儿的时候，它经历了强烈的辐射爆发，在整个太阳系中喷射出灼热的高能云和粒子。这些生长的痛苦通过引发化学反应帮助早期地球上的生命播种，这些化学反应使地球保持温暖和湿润。然而，这些太阳的暴怒也可能通过剥夺其他星球的大气层和吞噬滋养它们的化学物质，阻止了其他星球上的生命出现。这些原始爆发对其他星球的破坏程度将取决于太阳自转的速度。太阳转得越快，就会越快地破坏适宜居住的条件。

然而，位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家Prabal Saxena说，太阳历史的这一关键部分一直困扰着科学家。现在，他和其他科学家意识到，到2024年，美国宇航局将把宇航员送往月球，月球上有关于太阳古老奥秘的线索，这对理解生命的发展至关重要。“我们不知道太阳最初10亿年的样子，这非常重要，因为它很可能改变了金星大气的演化方式，以及它失水的速度。它还可能改变了火星失去大气层的速度，并改变了地球的大气化学成分。

萨克森纳无意中发现了早期太阳自转之谜，同时思考着一个看似无关的问题:为什么月球和地球的成分基本相同，月球表层或月球土壤中的钠和钾含量却明显低于地球土壤?通过对阿波罗时代月球样本和地球上发现的月球陨石的分析，科学家们也发现了这个问题。几十年来，这个问题一直困扰着科学家，也挑战了月球形成的主导理论。理论上，我们的天然卫星是在45亿年前一个火星大小的物体撞击地球时形成的。这次撞击的力量使物质喷涌到轨道上，在那里它们合并成月球。美国宇航局戈达德中心的行星科学家罗斯玛丽·基伦说:“地球和月球可能是用类似的材料形成的，所以问题是，为什么月球会缺少这些元素?”

这两名科学家怀疑，一个大问题告诉了另一个——太阳的历史埋在月球的地壳里。基伦早期的工作为该小组的调查奠定了基础。在2012年,她协助模拟太阳活动效果的钠和钾的数量送到月球表面或打来自太阳的带电粒子,称为太阳风,或者通过强大的爆发被称为日冕物质抛射。萨克森纳将恒星自转速度与其耀斑活动之间的数学关系纳入其中。这一观点是由研究美国宇航局开普勒太空望远镜发现的数千颗恒星活动的科学家们得出的:他们发现，一颗恒星旋转得越快，它的喷射就越猛烈。萨克斯纳说:“当你了解其他恒星和行星时，特别是像我们的太阳这样的恒星，你就会开始对太阳是如何随着时间演化的有一个更大的了解。”

Saxena, Killen和他的同事们使用复杂的计算机模型，认为他们可能最终解决了这两个谜题。他们在5月3日出版的《天体物理学杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)上描述了他们的计算机模拟结果，结果显示，早期的太阳自转速度比50%的新生恒星要慢。根据他们的估计，在最初的10亿年里，太阳至少需要9到10天才能完成一次自转。

他们通过模拟我们的太阳系在慢速、中等和快速旋转的恒星下的演化来确定这一点。他们发现，只有一个版本——慢速旋转的恒星——能够向月球表面喷射适量的带电粒子，随着时间的推移，将足够的钠和钾撞击到太空中，留下我们今天在月球岩石中看到的数量。“太空天气可能是影响太阳系所有行星进化的主要因素之一，”Saxena说，“所以任何关于行星宜居性的研究都需要考虑它。”

早期太阳的自转速度是地球上生命存在的部分原因。但对于金星和火星——这两颗与地球相似的岩石行星——它可能已经排除了这种可能性。(水星，离太阳最近的岩石行星，从来没有机会。)地球的大气层曾经与我们今天发现的氧气占主导的大气层非常不同。46亿年前地球形成时，一层薄薄的氢气和氦气包裹着我们的熔融星球。但是年轻的太阳爆发在2亿年内驱散了原始的阴霾。

随着地壳的凝固，火山逐渐喷发出新的大气层，空气中充满了二氧化碳、水和氮。在接下来的10亿年里，最早的细菌消耗了二氧化碳，作为交换，它们向大气中释放甲烷和氧气。地球也发展了磁场，这有助于保护它免受太阳的照射，使我们的大气层转变成我们今天呼吸的富含氧和氮的空气。“我们很幸运，地球的大气层挺过了那段可怕的时期，”弗拉基米尔·埃拉佩提安(Vladimir Airapetian)说。他是戈达德的资深太阳物理学家和天体生物学家，研究太空天气如何影响类地行星的宜居性。Airapetian与Saxena和Killen合作进行了早期的太阳研究。

如果我们的太阳是一个快速旋转的行星，它就会爆发出10倍于历史记录的超级耀斑，每天至少10次。即使是地球磁场也不足以保护它。太阳的爆炸会破坏大气，降低大气压力到地球无法保留液态水的程度。萨克斯纳说:“当时的环境可能要恶劣得多。但是太阳以地球理想的速度旋转，而地球在早期的恒星下蓬勃发展。金星和火星就没那么幸运了。金星曾经被海水覆盖，可能适宜居住。但是由于许多因素，包括太阳活动和缺乏内部产生的磁场，金星失去了它的氢——水的一个关键成分。结果，据估计，它的海洋在最初的6亿年里就蒸发了。这颗行星的大气层变得充满了二氧化碳，一种更难被吹走的重分子。这些力量导致了失控的温室效应，使金星保持在一个炙热的864华氏度(462摄氏度)，对生命来说太热了。

离太阳比地球远的火星似乎更安全，不会发生恒星爆发。然而，它比地球受到的保护要少。部分由于这颗红色行星的弱磁场和低重力，早期的太阳逐渐能够吹走它的空气和水。大约37亿年前，火星的大气层变得非常稀薄，液态水立即蒸发到太空中。(地球上仍然存在水，冻结在极地冰盖和土壤中。)在影响了内行星上的生命进程(或缺少生命)之后，衰老的太阳逐渐放慢了脚步，并继续这样做。今天，它每27天旋转一次，比它刚诞生时慢了三倍。较慢的自转使它变得不那么活跃，尽管太阳偶尔仍有猛烈的爆发。

萨克森纳说，要了解早期的太阳，你只需要看看月球，它是年轻太阳系中保存最完好的人工制品之一。他说:“月球最终成为一个非常有用的校准器和了解过去的窗口，原因是它没有令人讨厌的大气层，也没有板块构造重新浮出地壳。”“因此，你可以说，‘嘿，如果太阳粒子或其他什么东西击中了它，月球的土壤应该能证明这一点。’”阿波罗号的样本和月球陨石是探索早期太阳系的一个很好的起点，但它们只是一个巨大而神秘的谜团中的小块。这些陨石样本来自月球赤道附近的一个小区域，科学家无法完全确定这些陨石来自月球的哪个地方，因此很难将它们置于地质环境中。

由于南极是永久阴影环形山的家园，我们希望在那里找到月球上保存最完好的物质，包括冰冻的水，美国宇航局计划在2024年之前向该地区派遣一支人类探险队。如果宇航员从月球月球土壤样本的南部地区,它可以提供更多的婴儿太阳的自转速率的物理证据,Airapetian说,他怀疑太阳粒子会被月球的昔日的磁场偏转40亿年前,沉积在两极:“所以你会认为——尽管我们从未观察过它——月球的这部分，即暴露在年轻太阳下的那部分，其化学成分会比赤道地区发生更大的变化。所以有很多科学研究要做