تشير نماذج تطور الشمس إلى أنها كانت أقل إضاءة بنسبة 30٪ خلال تاريخ الأرض المبكر عما هي عليه الآن. قدمت دراسة جديدة وإلقاء نظرة على قمر زحل تيتان أدلة على كيف يمكن للشمس أن تحافظ على دفء الأرض مبكرًا بما فيه الكفاية. يقول العلماء أن ضبابًا عضويًا كثيفًا غمر الأرض المبكرة قبل عدة مليارات من السنين ربما كان مشابهًا للضباب الذي يغطي تيتان وكان سيحمي الحياة الناشئة على الكوكب من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية ، بينما يسخن الكوكب أيضًا.
يعتقد إريك وولف من جامعة كولورادو بولدر وفريقه أن الضباب العضوي كان يتألف بشكل أساسي من المنتجات الثانوية من الميثان والنيتروجين الكيميائي الناتجة عن التفاعلات مع الضوء. إذا كانت الجسيمات متجمعة معًا في هياكل أكبر ومعقدة ، وهو ترتيب يعرف باسم توزيع حجم كسورية ، فعندئذ ستتفاعل أصغر الجسيمات مع إشعاع الموجة القصيرة ، في حين أن الهياكل الأكبر المصنوعة من الجسيمات الأصغر ستؤثر على أطوال موجية أطول. لم يكن الضباب يحمي الأرض في وقت مبكر من ضوء الأشعة فوق البنفسجية فحسب ، بل كان سيسمح بتراكم الغازات مثل الأمونيا ، مما تسبب في الاحتباس الحراري وربما ساعد في منع الكوكب من التجمد.
اقترح باحثون آخرون ، بما في ذلك كارل ساجان ، حلولًا محتملة لمفارقة "شمس خافتة مبكرة" ، والتي تضمنت بشكل عام أجواءًا بها غازات دفيئة قوية يمكن أن تساعد في عزل الأرض. لكن في حين أن هذه الغازات كانت ستحجب الإشعاع ، لما كانت قد دفأت الأرض بما يكفي لتشكيل الحياة.
قال وولف: "بما أن النماذج المناخية تظهر أن الأرض المبكرة لم يكن من الممكن تسخينها بواسطة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وحده بسبب انخفاض مستوياته ، فلا بد أن غازات الاحتباس الحراري الأخرى قد تكون متورطة". "نعتقد أن التفسير الأكثر منطقية هو الميثان ، الذي ربما يكون قد تم ضخه في الغلاف الجوي من خلال الحياة المبكرة التي استقلته."
ساعدت المحاكاة المعملية الباحثين على استنتاج أن ضباب الأرض من المحتمل أن يكون مكونًا من "سلاسل" غير منتظمة من الجسيمات المجمعة ذات أحجام هندسية أكبر ، على غرار شكل الهباء الجوي الذي يعتقد أنه يملأ الغلاف الجوي السميك لتيتان. سمح وصول مركبة كاسيني الفضائية إلى زحل في عام 2004 للعلماء بدراسة تيتان ، القمر الوحيد في النظام الشمسي مع جو كثيف وسائل على سطحه.
وقال وولف إنه خلال فترة الأركيز لم يكن هناك طبقة أوزون في الغلاف الجوي للأرض لحماية الحياة على كوكب الأرض. "إن ضباب الميثان الواقي من الأشعة فوق فوق الأرض المبكرة نقترح أنه لن يحمي سطح الأرض فحسب ، بل كان سيحمي غازات الغلاف الجوي تحته - بما في ذلك غازات الدفيئة القوية والأمونيا - التي كان من الممكن أن تلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على الأرض المبكرة دافئ."
وقدر الباحثون أنه تم إنتاج حوالي 100 مليون طن من الضباب سنويًا في الغلاف الجوي لبداية الأرض خلال هذه الفترة. قال عضو الفريق بريان تون ، من CU-Boulder أيضًا: "إذا كان هذا هو الحال ، لكان الغلاف الجوي المبكر للأرض حرفياً يقطر المواد العضوية في المحيطات ، مما يوفر المن من السماء للحياة الأقدم ليحافظ على نفسه".
قال تون: "الميثان هو المفتاح لتشغيل هذا النموذج المناخي ، لذا فإن أحد أهدافنا الآن هو تحديد أين وكيف نشأ". إذا لم تنتج الكائنات الحية الأولى على الأرض غاز الميثان ، فقد يكون ناتجًا عن إطلاق الغازات أثناء الانفجارات البركانية إما قبل أو بعد ظهور الحياة لأول مرة - وهي فرضية تتطلب مزيدًا من الدراسة.
من المرجح أن تعيد هذه الدراسة الجديدة الاهتمام بتجربة مثيرة للجدل قام بها العلماء ستانلي ميللر وهارولد أوري في الخمسينيات ، حيث تم دمج الميثان والأمونيا والنيتروجين والمياه في أنبوب اختبار. بعد أن قام ميللر وأوري بتشغيل تيار كهربائي من خلال الخليط لمحاكاة تأثيرات البرق أو الأشعة فوق البنفسجية القوية ، كانت النتيجة إنشاء مجموعة صغيرة من الأحماض الأمينية - لبنات الحياة.
قال وولف: "لا يزال لدينا الكثير من البحث للقيام به لتحسين رؤيتنا الجديدة للأرض المبكرة". "لكننا نعتقد أن هذه الورقة تحل عددًا من المشاكل المرتبطة بالضباب الذي كان موجودًا على سطح الأرض في وقت مبكر ومن المحتمل أن تلعب دورًا في إثارة أو على الأقل دعم الحياة المبكرة على هذا الكوكب."
المصادر: CU-Boulder، Science
