Wie früh Erde trotz schwacher Sonne Warm gehalten

Zusammenstöße zwischen Molekülen in der frühen Erdatmosphäre möglicherweise gesperrt unseres Planeten vor dem Einfrieren über Äonen vor, wenn die Sonne viel dunkler war, als es heute Warmhalten der Welt genug fürs Leben ist entstehen, Wissenschaftler sagen.

Diese neu gewonnene wärmende Wirkung kann beeinflussen, was ferne Welten Wissenschaftler denken, dass außerirdischen Lebensformen auf, vielleicht wohnen könnten Ermittler hinzugefügt.

Wenn die Sonne noch jung war, schlagen Modelle war es nur 70 % so hell, wie es heute ist. Jedoch während der ersten 2 Milliarden Jahre der Erdgeschichte geologischen Beweise schlägt vor, die Erde war noch warm genug, dass Gletscher nicht seine gesamte Oberfläche deckten damit Leben entstehen.

Wissenschaftler, darunter Carl Sagan, haben vorgeschlagen, eine Reihe von Lösungsmöglichkeiten für diese so genannte "schwache jungen Sonne Paradox." Vielleicht half eine komplexe brauen der Treibhausgase die Planeten warm zu halten. Vielleicht war die Sonne heller als bisher angenommen. Oder vielleicht die frühe Erde absorbiert mehr Sonnenlicht als bisher vorgeschlagen.

Allerdings, viele dieser Effekte "später gefunden wurden, um wichtige Schwächen haben", sagte Studienautor Blei Robin Wordsworth, ein planetarischer Wissenschaftler an der University of Chicago.

In ihrer neuen Studie vorschlagen Wordsworth und sein Kollege Raymond Pierrehumbert, dass Kollisionen zwischen Wasserstoff und Stickstoff-Moleküle in der frühen Erdatmosphäre hätte sie trap Sonneneinstrahlung und die Planeten warm. [Der Erdatmosphäre von oben nach unten (Infografik)]

Leben zum Schutz der Erdatmosphäre

Moleküle können Infrarotlicht absorbieren – die Art meist als Wärme abgegeben – durch wackeln in Reaktion auf das Licht. Treibhausgase wie Kohlendioxid absorbieren Infrarot-Photonen und erwärmen sich die Planeten, aber Stickstoff und Wasserstoff Gas in der Regel nicht.

"Doch wenn die Atmosphäre dicht genug, Wasserstoff ist und Stickstoff-Moleküle gelegentlich bleiben werden, wenn sie miteinander kollidieren, bilden neue Wasserstoff-Stickstoff"Dimer"Moleküle" Wordsworth sagte. "Diese Dimere haben viele verschiedene Möglichkeiten, wackeln, die wodurch sie sehr effektiv Infrarot-Photonen absorbieren können, und somit die Oberfläche eines Planeten warm halten."

Bisherigen Untersuchungen hatte vorgeschlagen, dass die frühe Erde nicht reich an Wasserstoff.

"Wasserstoff ist solch ein Edelgas in der Erdatmosphäre heute, dass auf den ersten Blick scheint es verrückt, dass es jemals eine Rolle bei der Erwärmung des Klimas gespielt haben könnte", sagte Wordsworth.

Aber den letzten Berechnungen zeigen die frühen Erdatmosphäre hätte eigentlich bis zu ungefähr 30 Prozent Wasserstoffgas. Wordsworth und Pierrehumbert gefunden, dass wenn der frühen Erdatmosphäre 10 Prozent Wasserstoffgas war, es denkbar Oberflächentemperaturen von mehr als 18 bis 27 Grad Celsius (10 bis 15 Grad Celsius) erhöht haben könnte.

Wasserstoff-Stickstoff Erwärmung ist besonders interessant, weil es erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung der Biosphäre, die globale Community von Leben hat, sagte Wordsworth. Bisher, angenommen Forscher in der Regel, dass Methan produzieren, Wasserstoff-Essen Mikroben auf der frühen Erde reichlich vorhanden gewesen sein müssen, weil sie, atmosphärischen Methans nötig dachten um den Planeten zu warm war.

"Diese Idee hat Probleme, weil frühe Erde Bedingungen Methan eigentlich ein ziemlich ineffektiv Treibhausgas ist," sagte Wordsworth. "Unsere Arbeit zeigt, dass die Erde warm geblieben könnte, selbst wenn große Mengen an Methan die frühen Biosphäre Ausgießen nicht."

In der Tat statt Erwärmung des Klimas durch die Erzeugung von Methan als bislang angenommen, können diese Mikroben tatsächlich das Klima abgekühlt sind durch den Verzehr von Wasserstoff.

"Entwirren die Kopplung zwischen Klima und Biologie auf der frühen Erde im Hinblick auf unsere Ergebnisse ein spannendes Thema für die zukünftige Forschung werden", sagte Wordsworth.

Atmosphären von alien Erden

Diese wärmende Wirkung "sehr wichtig für unser Verständnis des Klimas auf anderen Planeten kann", fügte hinzu Wordsworth. "Insbesondere, könnte es zu einer erweiterten Definition der bewohnbaren Zone für größeren Planeten – die sogenannte"Super-Erden"– sind weit entfernt von ihren Host Stars."

Die habitable Zone eines Sterns ist als der Bereich definiert, in denen die Oberfläche eines Planeten warm genug, um flüssiges Wasser zu erhalten ist. Da Leben praktisch überall gibt es flüssiges Wasser auf der Erde gefunden wird, könnte diese wärmende Wirkung daher die Suche nach Anzeichen von Leben oder Biosignaturen, auf fremde Welten beeinflussen Wordsworth sagte. Supererden Atmosphären, die vergleichsweise reich an Wasserstoff und Stickstoff haben dürften, fügte er hinzu.

"Wir hoffen, dass unsere Ergebnisse ermutigen werden, Forscher, eine erweiterte Definition der bewohnbaren Zone für Planeten um andere Sterne zu entwickeln und zu denken mehr über wie Biosignaturen von Planeten mit wasserstoffreiche Atmosphäre abgeleitet werden könnte", sagte Wordsworth.

"Viele der bisherigen Arbeit auf das Paradoxon der schwachen jungen Sonne gegeben hat, und wir sind sicher, dass unsere Studie nicht das letzte Wort in dieser Angelegenheit" Wordsworth hinzugefügt. "Es ist natürlich durchaus möglich, dass durch eine Kombination von Effekten die frühe Erde warm gehalten wurde."

Wordsworth und Pierrehumbert detailliert ihre Entdeckungen in der 4 Januar Ausgabe der Zeitschrift Science.

Diese Geschichte wurde von zur Verfügung gestellt SPACE.com , eine Schwester-site zu LiveScience. SPACE.com auf Twitter folgen @Spacedotcom . Wir sind auch auf Facebook & Google +.