[揽瓜阁精读] 122.faint young sun paradox

Tiffnini

【主题思路】
由探讨二氧化碳在地球、金星和火星的进化中起到的作用，提出“the faint-young-sun paradox”理论，并做了解释和有关其的各种研究。最后反驳前人研究，提出了新研究和新观点。
【结构】
提出一种理论“the faint-young-sun paradox”
解释意思并举例其研究方法和结论
最近发现这个结论有flaw，并提出新的研究和结论。
【段落大意】
第一段：提出有一种“the faint-young-sun paradox”假说，太阳在4.6 billion years之前比现在要暗25-30%。
第二段：这个paradox是15年前由S和M提出的，因为他们发现如果地球大气和2billion之前一样那么地球应该是被冻住的，然而并没有，地球3.8b年前就有海洋了而且生命也是3.5b年前就出现了。证明地球从来没有被冻住过。
第三段：S和M认为如果假设地球大气随着时间推移而发生改变，那么这个paradox就会消失。随后举例解释：之前太阳暗——地球云相对就少；现在太阳亮——地球云就多。
第四段：提供了消除paradox 的另一个假设：温室效应在史前更加显著：氨ammonia在大气中的成分多会导致气温升高。然后立刻反驳，研究表明太阳会把氨转化成非温室气体氮和氢。
第五段：其他的研究则是聚焦在二氧化碳上了。地球上的二氧化碳很多并且石头中的二氧化碳会释放60bar的压力。如果这些石头里的二氧化碳有1/10释放出来，产生的温室气体就能和太阳光照不足相抵消。
第六段：二氧化碳能让地球不致冻住这个假设，又引发了一个新的idea：如果CO2的含量随着太阳的光照的变化进行精准（precise）的减少/降低，那么CO2的减少就能解释地球温度为何一直维持在适宜的范围之内了。有一个学者MH做了一些计算
第七段：最有意思的是H做的计算几乎没有成功的。如果大气的变化稍微浮动了一点点，地球都不能支持生命存在。
第八段：H还做了地球和太阳距离的关系的计算。他发现如果地球离太阳近5%就会太热（runaway greenhouse）；远1%就会冻住（runaway glaciation）。只有在一个非常小的距离范围内才不会引发这两个效应。
第九段：H的结论非常unsettling，因为代表着地球要避免这么多极端情况才不会变成火星和金星这种。转折——最近有人发现了他这个假设的flaw。W和H两个人发现CO2的变化是跟随地表变化而变化的。这代表着地球从来没有遇到过H提起的runaway greenhouse和runaway glaciation的风险。

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yyking625

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白白有点黑

                a. 第一段
                        i. 关于对于二氧化碳与地球、火星、金星演化过程中的角色的研究和另一个关于地球产生的问题息息相关：fys矛盾——几乎每个行星的研究都在表明太阳在太阳系形成的时候比现在按了25-30%——因为太阳的亮度和强度显然在不断线性增强
                b. 第二段
                        i. 这个矛盾的地方在这里，有科学家提出如果之前太阳那么暗，且地球的大气不变，那么地球肯定是个大冰球，可是有证据证明那个时候不是大冰球，而且还有生物存在
                c. 第三段
                        i. 然后科学家又发现，那大气层变了不就行了吗。例如说，假如之前的云少，那么更少的太阳光会被反射，那么地球就会更热。目前来说，30%的阳光被反射了，大部分是被云反射的。一个更冷的地球很可能云更少，但是地理证据表明早期地球其实更热，因为之前没有冰川覆盖，现在有
                d. 第四段
                        i. 一个更可能的解释事说，之前的温室效应更加显著。科学家说nh3可以让大气更加温暖，但是需要地面不断补充这个气体，因为太阳会把它变成非温室气体
                e. 第五段
                        i. 提出了二氧化碳的假说，因为他比较稳定。
                        ii. 还说了现在地球的二氧化碳存量很多，稍微释放一点就可以弥补太阳光的削弱
                f. 第六段
                        i. 如果二氧化碳下降速率刚好抵消了太阳变亮速率，那么地球就可以保持相对稳定的温度
                g. 第七段
                        i. hart这个人搞了个方程来算速率，但是他的计算结果很难成真，也就是说如果这个速率稍有一点偏离就会导致地球温度的变化，以至于不适合生物生存
                h. 第八段
                        i. 他还发现地球和太阳的距离也很关键，太近太远都不行
                i. 第九段
hart的结论很可怕，因为他觉得地球能活下来都是靠运气。但是也有其他的科学家出来指出，不是这样的，co2和地球温度是互相调节的，所以其实地球生物根本就没有经历过气温过高/过低的局面

PennyWen95

[揽瓜阁精读] 122.faint young sun paradox
我们对二氧化碳在地球、火星和金星演化中的作用的兴趣源于另一个与地球起源有关的宇宙学难题：微弱的年轻太阳悖论。几乎每一个恒星演化模型都表明，当太阳系在大约46亿年前形成时，太阳比今天暗淡25%到30%。从那时起，太阳光度或强度显然随时间近似线性增加。
正如康奈尔大学的卡尔·萨根（Carl Sagan）和乔治·马伦（George H. Mullen）在大约15年前指出的那样，当人们意识到，如果地球的早期大气层与现在相同，那么一个微弱的太阳就会导致一个冰雪覆盖的地球，直到大约20亿年前。然而，地球并没有冻结。事实上，来自沉积岩的证据表明，从至少38亿年前地质记录开始以来，地球就一直有液态海洋。此外，生命至少在过去的35亿年里一直存在，这表明地球表面在那段时间里从未完全冻结过。（只要温度在00°C到374°C之间，水就可以保持流动性，在今天的海平面100°C时沸腾并蒸发，但如果大气压力增加，水在更高的温度下会保持液态。
萨根和马伦意识到，如果假设地球的大气层在时间的流逝中发生了变化，这个悖论就会消失。例如，如果这颗年轻的星球的云层比今天少，那么撞击地球的阳光就会被反射回太空;地球会相应地变暖。目前教导大气层顶部的大约30%的阳光被送回太空，其中大部分是由云层产生的。较冷的地球可能云层较少，但地质记录表明，早期的地球实际上比今天的地球温暖。现在地球上的部分地区被冰川覆盖，但在大约27亿年前之前，没有类似的冰川作用的证据。
一个更可能的解释是，温室效应在遥远的过去更为明显。萨根和马伦认为，氨（NH3）是一种有效的红外吸收剂，如果气体只占空气中每百万分子中的100个，就可以使气候变暖。然而，随后的研究表明，除非从地球表面不断向大气再补给，否则太阳会迅速将氨转化为非温室气体氮和氢。
其他研究集中在二氧化碳上，阳光不容易分解。二氧化碳在这里肯定很丰富。现在储存在地球上的碳酸盐岩石中的量，如果被释放到大气中，将施加约60巴的压力。（一巴等于每平方英寸14.5磅，海平面压力。今天，地球的大气中含有大约0.0003巴的二氧化碳）如果储存的二氧化碳最初只有零点几巴作为气体存在，那么它的额外温室变暖将弥补减少的阳光。
更高的二氧化碳水平可以保护早期地球免受冻结的想法很快产生了一个相关的想法：如果二氧化碳水平以精确抵消太阳光度随时间增加的速度下降，那么这种下降可能是地球温度始终保持在合理范围内的事实。美国宇航局的迈克尔·哈特（Michael H. Hart）的一名调查员着手计算这样的补偿率。
哈特设法找到了一个解决方案，其中气体的水平随着时间的推移近似对数地下降，但他最有趣的发现是，他的计算很少成功。换句话说，如果大气层的组成在任何时候都以不同於他的精确解决方案的速度变化，那麼行星将变得无法支持生命。如果二氧化碳水平下降得太慢，地球就会变成一个温室。如果它下降得太快，海洋就会冻结。
哈特对地球和太阳之间的距离变化很小的情况也进行了类似的计算。他发现，如果地球离太阳更近5%，大气层就会变得如此之热，以至于海洋就会蒸发，这种情况被称为失控的温室。相反，如果这颗行星离太阳的距离比现在远1%，它就会遇到失控的冰川。只有在天文单位和1.01 A.U.之间相对狭窄的轨道范围内，才能避免这些气候灾难中的一个或另一个。（一个A.U.是太阳和地球之间的距离，即1.496亿公里。哈特将这种狭窄的轨道距离称为连续宜居带（CHZ）。
哈特的结论令人不安，因为他们认为地球在避免火星或金星的命运方面一定克服了非凡的困难。直到最近几年，调查人员才发现他的假设存在缺陷。由密歇根大学的詹姆斯·沃克和保罗·海斯以及us_之一（Kasting）开发的数学模型表明，二氧化碳浓度的变化并不是纯粹靠运气引起的。相反，二氧化碳水平可能随着表面温度的变化而波动。当温度上升时，大气中的二氧化碳水平下降，使表面冷却;当表面冷却时，大气中二氧化碳的丰度增加并使表面变暖。这种负反馈回路的存在意味着地球可能从未有过失控的温室或哈特假设的失控冰川的危险。

taylor_2008

同意！               

Shell_liang

P1：提出faint young sun paradox中心论点
二氧化碳和地球的起源有关。之前研究发现太阳系46亿年前形成的时候，会比现在暗25%-35%，因为太阳的随着时间变得更加亮、更加强烈。
P2：paradox的地方
C S和G M指出悖论，如果地球早期的大气和现在相同的话，weak sun在2亿年前会导致ice-covered。但地球并没有冻住。沉积岩的证据表明：地球在38亿年前有流动的水。生命在35亿年前就存在，证明那个时候地球表面还没有被完全冻住。（温度在0-374度之间水会保持流动）

P3：变量：地球大气层
S和M意识到这种悖论在地球大气层改变的时候会消失。
举例：年前地球如果比现在云层更少，更少的光会反射到太空，地球会变得更暖。
30%的太阳光目前到达大气遇到云层会反射。
地球更冷=>云更少=>地球早期事实上比现在更暖。
证据：目前地球上还有一部分的冰川，但是27亿年前没有这么多冰川。

P4：解释：greenhouse effect
可能的解释是温室效应过去更加显著。S和M认为是ammonia这种物质造成了气候变暖。但后续的研究表明太阳会快速的把这种气体转化为非温室气体氮和氢，除非能从地球表面获得补给。

P5：二氧化碳对温室效应的作用
我们调查认为是二氧化碳，因为它不容易被太阳分解。目前碳酸盐岩石中储存的二氧化碳，能够释放60bars。（1bar=14.5pounds，如今地球是0.0003bar）仅仅1/10的二氧化碳被释放，就会造成温室效应。

P6：作用
这种温室效应能够让地球免于被冰冻：如果二氧化碳的含量随着太阳的亮度而下降，地球温度总会保持在一定的limit。

P7：相关性
H想算出来这个温室气体减少随着时间减少的solution，但很少成功。
大气的气体和solution不同的话，地球不会有生命。
二氧化碳下降太慢的话，地球会成为一个很热的地方。（反之则会冰冻）

P8：地球和太阳之间的距离
H对地球和太阳之间的距离也进行了计算。
他发现如果地球离得太阳近5%，大气会很热海洋会蒸发，温室气体也会消失。
相反，如果地球离得远了1%，会进入冰川时代。
所以只有在一定的范围内才能确保这种气候灾难不会发生。

p9：反驳H-地球自适应能力
H的令人不安的结论是说地球必须beat odds才能避免成为火星和金星的命运。直到几年前才发现了这个假说的漏洞。
W和H发现了数学模型，表明了二氧化碳的变化并不是随机的。二氧化碳会随着地表温度而波动。
温度上升=>大气二氧化碳下降=>地表降温
温度下降=>二氧化碳增加=>地表升温
这种循环就会让地球不至于走向那种H说的极端情况。

wannatechan

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Nerrasa

第一段：
背景+指出相关模型的共性：引入早期太阳悖论，并提到几乎每个模型都表明太阳在46亿年形成的时候只有现在的25%-30%的直径，后来才慢慢长大。

第二段：
进一步阐述该悖论并拒绝该悖论的观点：悖论和科学家认为微弱的太阳光会导致地球直到两亿年前一致处于冰冻状态，但是证据不支持这个观点（用到的证据包括岩石和生命）

第三段：
引入一个会使悖论不存在的假说并拒绝：如果考虑地球的大气层会变化的话，这个悖论就不存在了。较少的云会导致较少的太阳光被反射出去，然后地球变得更温暖。冷一点的地球会有较少的云，但科学家指出地球早期比现在温暖些。其他星球又不能提供相关的证据。

第四段：
引入一个较为可能的解释但存疑：过去温室效应可能更显著。NH3z在一定条件下可能会使得气候变得温暖，然而后来的研究又指出太阳会快速的把NH3转化为非温室气体，除非NH3能源源不断的从星球表面补充过来。

第五段：
承接上一段，其他的相关调查：这些调查聚焦在二氧化碳上。讲一堆跟二氧化碳相关的科学判定条件，然后提出论点——如果只是十分之一的bar被最初表现为气体，它额外的温室效应会补偿减少的阳光。

第六段：
承接上一段这个二氧化碳理论引起了一个新观点：二氧化碳以一个精准反应太阳照明增加的速率下降，可能能够解释地球的温度为什么总保持在一个合理限度内。hart去研究这玩意儿去了。

第七段：
hart的研究：努力解决了二氧化碳随着时间呈对数下降的问题，但值得注意的是，他的计算就没几个成功的。换句话说，如果地球的大气变化的速率稍微偏离一点点他提出的这个精确速率，那地球就完蛋了。

第八段：
hart的又一些研究：hart在假设日地距离有微小变化的情况下进行相似测算。他发现日地近5%，大气层就太热了，海洋会蒸发，也就是不可控制的温室效应；而如果远1%，就会导致不可控制的冰川效应。只有在一个狭窄的范围内才能避免这些大气灾难。hart给这个狭窄距离区间命名为CHZ。

mushroom_GMAT

122.faint young sun paradox

第一、二段：介绍了关于地球起源的一个悖论：低亮度年轻太阳的悖论。
人们都认为太阳的亮度和密度随着时间的推移都是呈线性增长。CS和GH两个学者认为如果地球的大气没有发生变化，那么微弱的太阳在20亿之前应该会导致地球被冰封。但实际上，地球38亿年前就有一直存在海洋，而且35亿年前有了生命迹象，都证明地球从未冰封。于是乎，这个矛盾就出现了。

第三段：提出关于矛盾的解释一。
S和M认为如果地球上的大气曾经发生改变，那么这个矛盾就不存在了。如果地球早期云层较少，那么就会有较少的太阳光被反射会太空，所以地球的温度就会升高。（一个更冷的地球很可能云很少，这半句逻辑上不太理解，有没有大神帮忙看看）但实际上早期地球比现在更温暖。现在的地球是部分是被冰川覆盖的，但早期并没有。

第四段：提出另一个可能的解释二。
温室效应可能是一个更有说服力的解释。S和M认为NH3如果在空气中达到一定的量可以是气候变暖。但随后的研究证明了太阳会将NH3分解成氮气和氢气，除非地球的表面不断产生这种NH3.

第五段：又提出一个新的解释三。
其他的研究着眼于二氧化碳，这个阳光无法分解的气体。储存在碳酸盐岩石里的二氧化碳如果全部释放到大气里，会增加60bar的压力。只要很少量的二氧化碳释放出来就可以不足因为越少光照带来的热量损失。

第六、七、八段：通过解释三引发的新的灵感。
H从二氧化碳的解释中获得新的灵感，如果二氧化碳的减少按照某一个速率进行，它产生的效果正巧抵消了太阳亮度增加带来的热量变化，那么就可以将地球的温度保持在一个合理的范围内。
H就想来研究这种一种速率。但是H的计算都失败了。因为大自然的这个速率就是如此的神奇，如果偏离一点就会大气的不平衡，二氧化碳过多或者多少都没办法维持地球的正常运转。

H关于地球和太阳距离的变化也做了类似的计算，发现这个距离如果有一点偏差，地球的正常温度也难以维持。

第九段：对H的假说进行反驳
H得出的结论让人感到不安，因为他们都揭示了地球必须满足这么多巧合才能避免和火星金星一样的命运。直到近些年猜有人发现他假说的漏洞。因为J和B发现二氧化碳的浓度变化并不是因为运气，而是对温度变化的一种反馈。二氧化碳的浓度会随着温度的变化来调节，这样的一种反向循环避免地球处于危险之中。