Il Sole è il motivo per cui siamo qui. È anche il motivo per cui i marziani oi venusiani non lo sono.

Quando il Sole era appena un bambino quattro miliardi di anni fa, ha attraversato violente esplosioni di radiazioni intense, vomitando cocente, nubi e particelle ad alta energia in tutto il sistema solare. Questi dolori della crescita hanno aiutato a seminare la vita sulla Terra primitiva accendendo reazioni chimiche che hanno mantenuto la Terra calda e umida. Ancora, questi capricci solari possono anche aver impedito alla vita di emergere su altri mondi spogliandoli delle atmosfere e facendo zapping di sostanze chimiche nutrienti.

Quanto fossero distruttive queste esplosioni primordiali per altri mondi sarebbe dipeso dalla velocità con cui il piccolo Sole ruotava sul suo asse. Più velocemente girava il Sole, prima avrebbe distrutto le condizioni di abitabilità.

Questo pezzo critico della storia del Sole, anche se, ha tormentato gli scienziati, disse Prabal Saxena, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Saxena studia come il tempo spaziale, le variazioni dell'attività solare e di altre condizioni di radiazione nello spazio, interagisce con le superfici dei pianeti e delle lune.

Ora, lui e altri scienziati si stanno rendendo conto che la Luna, dove la NASA invierà gli astronauti entro il 2024, contiene indizi sugli antichi misteri del Sole, fondamentali per comprendere lo sviluppo della vita.

"Non sapevamo che aspetto avesse il Sole nei suoi primi miliardi di anni, ed è molto importante perché probabilmente ha cambiato il modo in cui l'atmosfera di Venere si è evoluta e la velocità con cui ha perso acqua. Probabilmente ha anche cambiato la velocità con cui Marte ha perso la sua atmosfera, e ha cambiato la chimica atmosferica della Terra, " disse Saxena.

La connessione Sole-Luna Saxena si è imbattuta nell'investigare il mistero della rotazione del primo Sole mentre ne contemplava uno apparentemente non correlato:perché, quando la Luna e la Terra sono fatte in gran parte della stessa materia, c'è significativamente meno sodio e potassio nella regolite lunare, o suolo lunare, che nel suolo terrestre?

Questa domanda, pure, rivelato attraverso analisi di campioni lunari dell'era Apollo e meteoriti lunari trovati sulla Terra, ha sconcertato gli scienziati per decenni e ha sfidato la principale teoria su come si è formata la Luna.

Il nostro satellite naturale ha preso forma, la teoria va quando un oggetto delle dimensioni di Marte si schiantò sulla Terra circa 4,5 miliardi di anni fa. La forza di questo schianto ha inviato materiali in orbita, dove si unirono nella Luna.

"La Terra e la Luna si sarebbero formate con materiali simili, quindi la domanda è, perché la Luna era impoverita di questi elementi?" disse Rosemary Killen, uno scienziato planetario della NASA Goddard che studia l'effetto del tempo spaziale sulle atmosfere e sulle esosfere planetarie.

I due scienziati sospettavano che una grande domanda informasse l'altra:che la storia del Sole fosse sepolta nella crosta lunare.

Il precedente lavoro di Killen ha posto le basi per l'indagine della squadra. Nel 2012, ha aiutato a simulare l'effetto che l'attività solare ha sulla quantità di sodio e potassio che viene trasportata sulla superficie della Luna o espulsa da un flusso di particelle cariche provenienti dal Sole, noto come il vento solare, o da potenti eruzioni note come espulsioni di massa coronale.

Saxena ha incorporato la relazione matematica tra la velocità di rotazione di una stella e la sua attività di brillamento. Questa intuizione è stata derivata da scienziati che hanno studiato l'attività di migliaia di stelle scoperte dal telescopio spaziale Kepler della NASA:più veloce è la rotazione di una stella, hanno trovato, quanto più violente sono le sue espulsioni. "Mentre impari su altre stelle e pianeti, soprattutto stelle come il nostro Sole, inizi ad avere un quadro più ampio di come il Sole si è evoluto nel tempo, " disse Saxena.

Utilizzando sofisticati modelli di computer, Saxena, Killen e colleghi pensano di aver finalmente risolto entrambi i misteri. Le loro simulazioni al computer, che hanno descritto il 3 maggio nel The Lettere per riviste astrofisiche , mostrano che il primo Sole ruotava più lentamente del 50% delle baby stelle. Secondo le loro stime, nel suo primo miliardo di anni, il Sole ha impiegato almeno 9-10 giorni per completare una rotazione.

Hanno determinato questo simulando l'evoluzione del nostro sistema solare in un lento, medio, e poi una stella in rapida rotazione. E hanno scoperto che solo una versione, la stella a rotazione lenta, è stata in grado di far esplodere la giusta quantità di particelle cariche sulla superficie della Luna per lanciare abbastanza sodio e potassio nello spazio nel tempo per lasciare le quantità che vediamo oggi nelle rocce lunari.

"La meteorologia spaziale è stata probabilmente una delle principali influenze sull'evoluzione di tutti i pianeti del sistema solare, "Saxena ha detto, "quindi qualsiasi studio sull'abitabilità dei pianeti deve prenderlo in considerazione."

La vita sotto il primo sole La velocità di rotazione del primo sole è in parte responsabile della vita sulla Terra. Ma per Venere e Marte, entrambi pianeti rocciosi simili alla Terra, potrebbe averlo precluso. (Mercurio, il pianeta roccioso più vicino al Sole, mai avuto occasione.)

L'atmosfera terrestre un tempo era molto diversa da quella dominata dall'ossigeno che troviamo oggi. Quando la Terra si formò 4,6 miliardi di anni fa, un sottile involucro di idrogeno ed elio aderiva al nostro pianeta fuso. Ma le esplosioni del giovane Sole hanno spazzato via quella foschia primordiale nel giro di 200 milioni di anni.

Mentre la crosta terrestre si solidificava, i vulcani hanno gradualmente sputato una nuova atmosfera, riempiendo l'aria di anidride carbonica, acqua, e azoto. Nei prossimi miliardi di anni, la prima vita batterica consumava quell'anidride carbonica e, in cambio, rilasciato metano e ossigeno nell'atmosfera. La Terra ha anche sviluppato un campo magnetico, che lo aiutava a proteggerlo dal sole, permettendo alla nostra atmosfera di trasformarsi nell'aria ricca di ossigeno e azoto che respiriamo oggi.

"Siamo stati fortunati che l'atmosfera terrestre sia sopravvissuta a tempi terribili, " disse Vladimir Airapetian, un anziano eliofisico e astrobiologo Goddard che studia come il clima spaziale influisce sull'abitabilità dei pianeti terrestri. Airapetian ha lavorato con Saxena e Killen allo studio Early Sun.

Se il nostro Sole fosse stato un rotatore veloce, sarebbe eruttato con super razzi 10 volte più forti di qualsiasi altro nella storia registrata, almeno 10 volte al giorno. Nemmeno il campo magnetico terrestre sarebbe stato sufficiente a proteggerlo. Le esplosioni del Sole avrebbero decimato l'atmosfera, riducendo così tanto la pressione dell'aria che la Terra non tratterebbe l'acqua allo stato liquido. "Poteva essere un ambiente molto più duro, " ha osservato Saxena.

Ma il Sole ruotava a un ritmo ideale per la Terra, che prosperò sotto la prima stella. Venere e Marte non sono stati così fortunati. Venere un tempo era ricoperta da oceani d'acqua e potrebbe essere stata abitabile. Ma a causa di molti fattori, compresa l'attività solare e la mancanza di un campo magnetico generato internamente, Venere ha perso il suo idrogeno, un componente fondamentale dell'acqua. Di conseguenza, i suoi oceani evaporarono nei suoi primi 600 milioni di anni, secondo stime. L'atmosfera del pianeta divenne densa di anidride carbonica, una molecola pesante che è più difficile da spazzare via. Queste forze hanno portato a un effetto serra incontrollato che mantiene Venere a 864 gradi Fahrenheit sfrigolanti (462 gradi Celsius), troppo caldo per la vita.

Marte, più lontano dal Sole di quanto lo sia la Terra, sembrerebbe più al sicuro da esplosioni stellari. Ancora, aveva meno protezione della Terra. A causa in parte del debole campo magnetico del Pianeta Rosso e della bassa gravità, il primo Sole fu gradualmente in grado di spazzare via la sua aria e la sua acqua. Circa 3,7 miliardi di anni fa, l'atmosfera marziana era diventata così sottile che l'acqua liquida evaporava immediatamente nello spazio. (L'acqua esiste ancora sul pianeta, congelato nelle calotte polari e nel suolo.)

Dopo aver influenzato il corso della vita (o la sua mancanza) sui pianeti interni, il Sole che invecchia ha gradualmente rallentato il suo ritmo e continua a farlo. Oggi, ruota una volta ogni 27 giorni, tre volte più lento di quanto non fosse nella sua infanzia. La rotazione più lenta lo rende molto meno attivo, anche se il Sole ha ancora scoppi violenti occasionalmente.

Esplorando la Luna, Testimone dell'evoluzione del sistema solare Per conoscere il primo Sole, Saxena ha detto, non devi guardare oltre la Luna, uno dei manufatti meglio conservati del giovane sistema solare.

"La ragione per cui la Luna finisce per essere un calibratore davvero utile e una finestra sul passato è che non ha un'atmosfera fastidiosa e nessuna tettonica a zolle che riemerge sulla crosta, " ha detto. "Così come risultato, si può dire, 'Hey, se particelle solari o altro lo colpiscono, il suolo della Luna dovrebbe mostrarne la prova.'"

I campioni dell'Apollo e i meteoriti lunari sono un ottimo punto di partenza per sondare il primo sistema solare, ma sono solo piccoli pezzi di un grande e misterioso puzzle. I campioni provengono da una piccola regione vicino all'equatore lunare, e gli scienziati non possono dire con assoluta certezza da dove provenissero i meteoriti sulla Luna, il che rende difficile collocarli in un contesto geologico.

Poiché il Polo Sud ospita i crateri permanentemente in ombra dove ci aspettiamo di trovare il materiale meglio conservato sulla Luna, compresa l'acqua ghiacciata, La NASA punta a inviare una spedizione umana nella regione entro il 2024.

Se gli astronauti possono ottenere campioni di suolo lunare dalla regione più meridionale della Luna, potrebbe offrire più prove fisiche della velocità di rotazione del piccolo Sole, disse Airapetian, che sospetta che le particelle solari sarebbero state deviate dall'ex campo magnetico della Luna 4 miliardi di anni fa e depositate ai poli:"Quindi ti aspetteresti, anche se non l'abbiamo mai guardato, che la chimica di quella parte della Luna, quella esposta al giovane Sole, sarebbe molto più alterato delle regioni equatoriali. Quindi c'è molta scienza da fare lì".