Wat de zon vier miljard jaar geleden aan helderheid miste, compenseerde deze met super-zonnevlammen die de atmosfeer verwarmden en energie leverden voor de totstandkoming van complexe moleculen. Dat schrijven wetenschappers in het blad Nature Geoscience.

Het is een mysterie. Zo’n 4 miljard jaar geleden was de zon aanzienlijk minder helder dan vandaag de dag. Hierdoor ontving onze planeet 30 procent minder energie van de zon dan nu het geval is. Dat zou betekenen dat de aarde een ijzige planeet was. Maar geologisch onderzoek schetst een heel ander beeld: zo’n vier miljard jaar geleden waren de temperaturen op aarde aangenaam en het water vloeibaar. Onderzoekers noemen dit mysterie de ‘Faint Young Sun Paradox‘. En het lijkt erop dat die paradox zijn beste jaren heeft gehad. Wetenschappers denken namelijk eindelijk te weten hoe de aarde – ondanks dat de zon veel minder helder was dan vandaag de dag – aangenaam warm wist te blijven. “Ons nieuwe onderzoek laat zien dat zonnestormen cruciaal kunnen zijn geweest,” vertelt onderzoeker Vladimir Airapetian.

Kepler
Airapetian en zijn collega’s trekken die conclusie nadat ze zich over observaties van ruimtetelescoop Kepler bogen. Kepler bestudeert – onder meer – zonachtige sterren van allerlei leeftijden en kan ons dus laten zien hoe onze ster er in zijn jonge jaren uitzag en hoe deze er in de toekomst uit gaat zien. Voor dit onderzoek bestudeerden wetenschappers zonachtige sterren die nog maar enkele miljoenen jaren oud zijn.

Een zonnevlam. Afbeelding: NASA Goddard Space Flight Center.

Een zonnevlam. Afbeelding: NASA Goddard Space Flight Center.

Grote zonnevlammen
Uit het onderzoek blijkt dat piepjonge zonachtige sterren met regelmaat super-zonnevlammen produceren. Dat zijn enorme explosies die vandaag de dag op onze zon vrij zeldzaam zijn – ze vinden slechts één keer in de 100 jaar plaats – maar die vroeger dus waarschijnlijk veel vaker plaatsvonden. Gegevens van Kepler suggereren dat jonge zonachtige sterren tot wel tien van die super-zonnevlammen per dag produceren. Zo’n zonnevlam – uitbarstingen van licht en straling – gaat vaak vergezeld door een enorme wolk materiaal afkomstig van de zon (coronale massa-ejectie genaamd).

Nu
Ook vandaag de dag produceert onze zon nog zonnevlammen en CME’s, maar deze zijn niet zo intens en komen ook niet zo vaak voor als op jonge zonachtige sterren. En als ze plaatsvinden, weten we ons geborgen achter een krachtig magnetisch veld dat voorkomt dat een groot deel van de energie van de zon de aarde bereikt. Dat wil niet zeggen dat we helemaal niets van zo’n zonnestorm merken. Een zonnestorm kan namelijk wel de magnetische bubbel rond onze planeet – de magnetosfeer – verstoren en dat kan weer invloed hebben op bijvoorbeeld satellieten in de ruimte. Ook kunnen zonnestormen aurora’s (poollicht) veroorzaken, meestal nabij de polen waar het magnetisch veld van de aarde afbuigt en deeltjes van de zon in de atmosfeer laat belanden.

Vroeger
Dat is de situatie nu. Maar 4 miljard jaar geleden was het anders. Niet alleen werden er vaker en intensere zonnevlammen en CME’s geproduceerd. Het magnetisch veld van de aarde was ook zwakker. “Onze berekeningen laten zien dat je regelmatig tot in South Carolina het poollicht kon zien,” vertelt Airapetian. “En wanneer deeltjes uit de ruimte langs de magnetische veldlijnen reisden, raakten ze de overvloedig in de atmosfeer aanwezige stikstofmoleculen. Daarbij ontstonden losse stikstofatomen die weer botsten met koolstofdioxide, waardoor koolstofmonoxide en zuurstof ontstond. Zuurstof en stikstof vormde samen weer distikstofmono-oxide (lachgas): een krachtig broeikasgas. Zelfs een klein beetje van dit gas moet genoeg zijn geweest om de aarde zodanig op te warmen dat er vloeibaar water op het oppervlak van de planeet kon bestaan.

DNA en RNA
En de onderzoekers gaan nog een stap verder. Zonnestormen zorgden niet alleen voor een warmere atmosfeer, maar leverden mogelijk ook de energie die nodig was om van simpele moleculen complexe moleculen zoals RNA en DNA te maken die weer nodig waren voor leven.

En als dit hele proces op aarde zo verliep, waarom zou het dan ook op andere planeten rond zonachtige sterren niet zo verlopen? De onderzoekers hopen dat hun studie niet alleen een goed beeld geeft van het ontstaan van leven op aarde, maar tevens handvaten biedt voor de zoektocht naar leven op andere planeten.