Наличие жизни на Земле может показаться результатом множества счастливых совпадений. Например, звезды, подобные Солнцу, рождаются обычно очень тусклыми и постепенно разогреваются, начиная сиять, как наше светило сейчас. Земля, родившаяся вместе с Солнцем 4.5 миллиарда лет назад, в таком случае должна была как минимум два миллиарда лет оставаться очень холодным миром, на котором не могло быть и речи о жидкой воде, а значит, и жизни в той форме, к которой мы привыкли. Однако геологические свидетельства говорят о прямо противоположном. Через два миллиарда лет после рождения на Земле уже откладывались минералы, образующиеся только при наличии жидкой воды. Более того, в некоторых ископаемых можно обнаружить следы бактерий и сделать вывод, что к моменту потенциального выхода на условия обитаемости Земля уже миллиард лет поддерживала жизнь. Этот известный парадокс молодого тусклого Солнца имеет несколько объясняющих его теорий, ни одна из которых пока не может занять главенствующее место из-за скудности информации о тех временах.

Парадокс тусклого молодого Солнца возни в 60-х годах прошлого века, когда впервые было проведено хотя бы грубое численное моделирование химических процессов в звезде и оценено их влияние на яркость солнцеподобной звезды. Был получен четкий результат. Молодое Солнце имело избыток водорода, своего основного топлива, в ядре. Из-за большого количества легкого элемента ядро Солнца расширилось, потеряв температуру. Как результат Земля должна была получать на четверть или даже треть меньше тепла, чем сейчас. Температура поверхности планеты из-за этого в среднем должна упасть на 20 градусов и стать на 10 градусов меньше температуры замерзания воды. Но образцы возрастом до 4.4 миллиарда лет, то есть всего через 100 миллионов лет после образования планеты, уже содержат минералы, указывающие на наличие жидкой воды на планете. Столь древние образцы не дают полной уверенности в наличии воды в то время, но уже 3.5 миллиарда лет назад появляются признаки жизнедеятельности микробов.

Выходит, жизнь процветала на планете, которая должна была быть ледяной пустыней. Одно из первых и до сих сильных решений проблемы заключалось в наличии какого-то парникового газа в атмосфере Земли. Это не может быть современный парниковый газ, диоксид углерода. Его содержание в атмосфере древней Земли можно оценить по наличию в отложениях минералов, образующихся, когда углекислый газ попадает в почву с дождем. В течение архея, продолжавшегося с 4 до 2.5 миллиардов лет назад, содержание углекислого газа было заметно выше, чем сейчас. Однако для того, чтобы поддерживать температуру мирового океана на уровне 5 градусов, чтобы он точно не замерзал, этого газа требуется в 300 раз больше, чем сейчас. Самые смелые оценки, сделанные на основе геологической информации, не превышают тридцатикратного современного уровня. Тем не менее углекислый газ мог быть заводилой в смеси, которая поддерживала тепло на молодой Земле. Еще один известный парниковый газ, аммиак, быстро разрушился бы в атмосфере древней Земли, лишенной мощного озонового слоя. Метан тоже отпадает, так как его нужно было настолько много, что он начал бы работать в обратном направлении – не накапливать тепло, а заслонять Землю от солнечных лучей туманной пеленой. Азот и водород могли бы стать подходящими кандидатами, но сложно сказать, была ли когда-либо атмосфера нашей планеты настолько плотной, что в ней удерживались эти легкие газы. В целом, любой парниковый газ поднимает не меньше проблем, чем их разрешает.

Размышления об атмосфере вызваны тем, что она динамична. Но на рассматриваемых временных интервалах вся поверхность планеты изменчива. Более того, изменчиво даже ее положение в космосе. Влияние гравитационного поля Луны, которые в течение дня можно наблюдать в виде приливов, на временном интервале в миллиарды лет проявляется в замедлении вращения планеты вокруг оси. Планета стремится встать одной стороной к Луне, как сделал наш спутник, масса которого намного меньше, отчего он и оказался захвачен приливными силами раньше. Другая скорость вращения планеты могла заметно повлиять на структуры потоков тепла, передающих энергию от экватора к полюсу. Это, в свою очередь, влияло на распределение ледяного покрова планеты. А так как лед отражает свет сильнее, чем суша или океаны, уменьшение его территории означает увеличение получаемого тепла.

Далее, континенты Земли миллиарды лет назад были совсем другими, другим было и общее количество суши. Океаны поглощают больше тепла Солнца, а значит, если суши было меньше, то тепла планета получала больше. Или если большая часть суши скопилась ближе к полюсам, подставив наиболее освещенную экваториальную часть на долю океана, температура планеты опять должна повыситься. Наконец, изменение химического состава облаков могло привести к проникновению большего количества тепла. Все это могло объяснить парадокс холодного Солнца без парниковых газов. Выделение наиболее вероятного эффекта усложняется ограниченными знаниями о древней Земле и слишком грубыми климатическими моделями. Попытка включить в них все эти факторы приводит к необозримым результатам.

Помимо манипуляций с Землей, есть и совершенно другая линия объяснения, в центре которой находится не Земля, а Солнце. Время от времени возникают предположения о том, что Солнце могло быть больше в прошлом, ведь оно же теряет массу в виде постоянного солнечного ветра и коротких, но мощных корональных выбросов. Во время образования светило могло быть всего на 2.5% тяжелее, чего вполне достаточно для объяснения парадокса. Точнее, для его полного снятия – ведь Солнце тогда светило так же, как сейчас.

Наконец, последнее предположение – изменения в масштабе всей Солнечной системе. Три года назад было показано, что Солнечная система может оказаться неустойчивой через несколько миллиардов лет (напомним, что В.И. Арнольд доказал устойчивость Солнечной системы на очень большом, но все же конечном интервале времени). Меркурий может сняться со своей орбиты и начать путешествие от Солнца, приведя к столкновению внутренних планет. А что верно для будущего, может быть верно и для прошлого. Земля могла образоваться несколько ближе к Солнцу, и различия в несколько процентов в большой полуоси орбиты нашей планеты достаточно для объяснения парадокса. К переходу на новую орбиту могло привести грандиозное столкновение, родившее современную Венеру (хотя кратеры планеты указывают на молодую поверхность планеты – всего около полумиллиарда лет). Последовавшие за этим изменения в гравитационном поле Солнечной системы привели к ее небольшой подстройке. И именно поэтому сейчас Земля не поджарилась под лучами более теплого Солнца.