天文學家好像同時解決了生命起源的兩個關鍵謎題

06-20

超級耀斑對現在的地球來說是可怕的災難，但對40億年前的地球卻可能是觸發生命誕生的原動力。

作者：Maddie Stone

翻譯：牛天宇

審校：秦琪凱

2014年10月太陽表面爆發的一次X級耀斑。圖片來源： NASA太陽動力學實驗室

在當代，如果強烈的太陽風暴襲擊地球，它可能會完全摧毀現代科技並把我們打回到黑暗時代。幸運的是，這種事現在相當少見。不過40億年前，這種極端的空間天氣可能是家常便飯。而在那個時候，這非但不會帶來世界末日，反而可能是開啟生命的原動力。

這個驚人的結果發表於《自然·地球科學》（Nature Geoscience），源於美國航空航天局（NASA）的「開普勒」望遠鏡此前發現的一顆年輕類太陽恆星。研究發現，太陽這樣的恆星剛形成時十分活躍，會在「超級耀斑」出現時釋放巨大的能量，與那時候比起來，現在最狂暴的空間天氣也不過是「濛濛細雨」而已。

現在，NASA的Vladimir Airapetian表示，如果我們的太陽40億年前也如此活躍，可能會使地球的環境更加適宜居住。根據Airapetian的模型，當太陽超級耀斑產生的能量衝擊地球大氣時會引發化學反應，產生溫室氣體和其他生命存在所必須的成分。

Airapetian告訴Gizmodo，根據Carl Sagan 和George Mullen在1972年首次提出的「黯淡太陽悖論」，「四十億年前，地球應該被凍得結結實實。」Sagan和Mullen在提出這個悖論時已經意識到地球上液態水存在的痕迹要早於40億年前，而那時太陽的亮度只有現在的70%。「溫室效應是唯一的解釋。」Airapetian說。

在早期地球環境下，第一批生物分子——DNA、RNA和蛋白質是如何能得到足夠的氮元素而形成的也是一個迷。和現今類似，原始地球的大氣成分主要由惰性的氮氣組成。現在固氮菌可以將氮氣其轉化成氨，但那時的生物沒有這個能力。

一項關於空間天氣的新研究非常巧妙地解決了這兩個問題。幾年前，Airapetian開始通過NASA的「開普勒」望遠鏡數據研究恆星磁場活動。他發現，像我們太陽一樣的G型恆星在年輕的時候，就像炸彈一樣頻繁的釋放相當於100萬億顆原子彈爆炸時能量脈衝。人類迄今為止經歷過最強勁的太陽風暴是1859年造成全球性大停電的卡林頓事件，而這與前者相比根本不值一提。

「這是一股瘋狂的能量，我自己幾乎不能理解到底有多可怕。」康奈爾大學的天體生物學家Ramses Ramirez告訴Gizmodo，他雖然沒有參與本次研究，但是在與Airapetian合作。

Airapetian很快意識到這項發現可以讓我們了解到太陽系的早期歷史。根據他的計算，40億年前，我們的太陽幾小時就會有爆發一次超級耀斑，地球的磁場每天都會被撕扯多次。「基本上，那時的地球經常遭受超卡林頓級別的太陽風暴的攻擊。」他說。

利用數值模型，Airapetian證明太陽的超級耀斑足以將環繞地球的磁場強烈壓縮。不僅如次，在地球兩極附近，帶電粒子能夠把磁場轟出一個洞進入大氣層，並與氮氣，二氧化碳和甲烷碰撞。「這些粒子與大氣分子相互作用，發生鏈式反應，生成一系列新的分子。」Airapetian說。