Парадокс “тусклого молодого Солнца” в контексте современной космологии Ю.В. Думин

Коллоквиум
“Космические факторы эволюции биосферы и геосферы”
ГАИШ МГУ, Москва
21-23 мая 2014г.
Парадокс “тусклого молодого
Солнца” в контексте
современной космологии
Ю.В. Думин
Государственный астрономический
институт им. П.К. Штернберга,
Московский Государственный Университет
Москва, Университетский просп., 13
Институт космических
исследований
Российской Академии Наук
Москва, Профсоюзная ул., 84/32
dumin@yahoo.com, dumin@sai.msu.ru
 Одна из проблем в теории биологической и геологической эволюции
Земли – парадокс “тусклого молодого Солнца” (М. Шварцшильд, 1958):
 светимость Солнца L за время
существования Земли (4,5 млрд.
лет) должна возрастать на
30-50%;
 таким образом, средняя
температура на ранних стадиях
эволюции Земли была
значительно меньше, чем в
настоящее время;
 в частности, свыше 2 млрд. лет
[M. Krizek. New Astr., v.17, p.1 (2012)]
назад почти вся вода должна
была бы находиться в замерзшем состоянии;
 с другой стороны, имеются убедительные геологические свидетельства того, что
3-4 млрд. лет назад на Земле имелись значительные массы жидкой воды;
 кроме того, столь низкая температура была бы крайне неблагоприятной для
процессов возникновения и развития жизни на Земле.
 Стандартный подход к разрешению парадокса “тусклого молодого
Солнца” – предположение о существовании значительной концентрации
парниковых газов на ранних стадиях эволюции Земли (К. Саган и др.,
1970-е годы):
[C. Sagan. Nature,
v.269, p.224 (1977)]
 при соответствующем подборе химического состава ранней атмосферы
действительно можно добиться того, чтобы температура оставалась в разумном
диапазоне на протяжении всей эволюции Земли;
 однако, данные о параметрах ранней атмосферы Земли противоречивы и
недостаточно подтверждены независимыми измерениями.
 Принципиально новый подход к решению парадокса “тусклого молодого
Солнца” был предложен в недавних работах М. Крызека с соавторами
[M. Krizek. New Astr., v.17, p.1 (2012); M. Krizek & L. Somer, in press (2014)]:
 возрастание светимости Солнца со временем могло бы быть скомпенсировано
увеличением радиуса орбиты Земли за счет локального хаббловского
расширения, связанного с наличием всюду однородно распределенной “темной
энергии”;
 например, при H(loc)  0,53 H0 плотность потока энергии солнечного излучения на
поверхность Земли остается постоянной с точностью в десятые доли процента на
протяжении всего периода ее биологической эволюции (3,5 млрд. лет);
 можно определить “экосферу” как область вокруг
Солнца, наиболее благоприятную для возникновения
и развития жизни, в которой поток солнечного
излучения изменяется не более чем на 5% по
отношению к его современному значению;
 тогда, при наличии локального хаббловского
расширения Земля будет находиться в экосфере
на протяжении как 3,5 млрд. лет в прошлом, так и
в течение такого же времени в будущем.
[M. Krizek. New Astr., v.17, p.1 (2012)]
 Концепция локального хаббловского расширения в масштабах Солнечной
системы не является общепризнанной, однако в ее пользу свидетельствует
и ряд дополнительных аргументов:
 например, существует хорошо известное расхождение между вековым возрастанием
большой полуоси лунной орбиты, измеряемым, с одной стороны, непосредственно
методом лазерной локации, а с другой стороны – вычисляемым косвенно по скорости
торможения собственного вращения Земли;
[Yu.V. Dumin. Proc. 8th Marcel Grossmann Meeting on General Relativity. World Sci., Singapore, 2008, p.1752;
arXiv:0808.1302]
 если приписать это расхождение эффекту локального хаббловского расширения, то
соответствующее значение постоянной Хаббла окажется равно
H0 = 65  9 км/с/Мпс,
что прекрасно согласуется с современными космологическими измерениями, например,
на спутнике “Планк” (H0 = 67  1 км/с/Мпс).
 Таким образом, не исключено, что глобальные космологические
факторы (такие, как эффект Хаббла) могут оказывать существенное
влияние на эволюцию Земли и других планет Солнечной системы.
Этот вопрос требует тщательного дальнейшего изучения.