[揽瓜阁精读] 122.faint young sun paradox

Jade-z

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粥桃叽

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liudodododo

第一段：我们对于二氧化碳在地球、火星和金星的进化中扮演的角色有很大的兴趣，这些兴趣来自于另外一个关于地球起源的疑惑：the faint-young-sun悖论。几乎所有星系进化模型都表示太阳系产生于距今46亿年前的时候比现在要暗淡百分之20-30。之后太阳亮度或者密度已经显著地随时间线性增加。
第二段：这个悖论是在15年前被CS和CHM提出的，如果地球早期的大气层和现在一样，那么当时的微弱的太阳光则会导致地球覆盖厚厚的冰直到20亿年前才消失。然而地球并没有冻结。事实上，沉积岩中的证据显示从最少38亿年前，地球上就存在花样了，并且35亿年前就存在生命，证明了地球表面从来没有完全冻结过。
第三段：S和M意识到这个这个悖论将会消失，如果假设地球的大气层发生了变化。比如，如果早期的地球只有非常少的云，那么更少的太阳光将会被云层反射回去，那么地球将会相应地变得更加温暖。百分之三十的触碰到大气层的阳光会被大气层反射回宇宙。而一个更加寒冷的地球则会有更少的云层，但地质记录表面早期地球其实比现在暖和。现在有一部分的地球被冰川覆盖，但这也没有证据表明以前有相似的冰川在27亿年前。
第四段：一个更加可能的解释是温室效应的影响更加显著在当时。S和M提出NH3（一种高效的红外线吸收器）能使气候变暖，如果能够达到某种气体浓度。然而太阳会快速地将NH3转化为非温室效应气体：氮气和氢气除非其不断地从地球表面再次补充到大气层中。
第五段：另外一个研究则关注二氧化碳，其无法被太阳光分解。二氧化碳确实非常的多，如果二氧化碳石头里的二氧化碳全部释放到大气层中，则会产生大约60bars的压力。（解释one bar等于多少多少）如果只有十分之几的一bar 的储存的二氧化碳最初以气体的形式存在，其额外的温室效应带来的升温将会被减少的太阳光抵消。
第六段：更高的二氧化碳浓度将会保护早期的地球远离冻结的观点引出了另外一个观点：如果二氧化碳浓度降低的速度能够与太阳光强度郑家的速率完全抵消，那么这个下降能够解释地球温度一直保持在一个合理的范围内。一个叫H的研究者从事计算这个必要速率的工作。
第七段：H还计算了气体下降的水平和时间的对数关系，但最终没能成功计算出来。换句话说，如果大气层成分变化的速率与他计算出的速率不同，地球将变得不能够生活。如果二氧化碳浓度降低得太慢，地球将会得非常炎热，反之则非常寒冷。
第八段：H还对在地球和太阳之间距离发生的变化上进行了类似的计算。他发现如果地球接近太阳5%，那么大气层将会变得非常炎热，海洋则会蒸发，这种情况被叫做 失控的温室效应。相反如果地球与太阳距离远1%，那么则会抵消失控的冰川。只有在一个非常小的范围内才能够避免其中之一的气象灾害。H将这个狭窄的轨迹距离带叫做CHZ。
第九段：H的结论是没被证实的，因为他们认为地球必须击中了非常奇特的机率才能够避免像火星和金星的命运。在过去的几年之间，研究者才发现H假说的漏洞。一个数学模型提出二氧化碳浓度的提升并不是存粹的运气。相反，二氧化碳水平的波动对应的是地球表面温度的变化。当温度上升，大气层的二氧化碳浓度则下降，达到降温的作用；当温度降低，则浓度上升，达到升温的作用。负反馈循环的存在说明地球从来没有处在失控的温室效应和失控的冰川作用中。

野生小刘

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tizo

1

tomxeom1100

Thank you so much

kartzzz

faint young-sun paradox
4.6b年前的太阳比现在暗的多，因此当时的地球理论上应该是个冰冻星球。但事实上地球从未经历过冰冻状态。

找答案：
猜想1：地球的大气状况发生过变化。
因果链：以前的地球比现在云更少->更少的太阳光被反射进太空->地球会相应地更暖
也就是说，年轻的暗太阳会导致年轻的冷地球，但年轻的冷地球配置了更少的云层反射，吸收更多的太阳光更温暖（虽暖但暖不过现在的太阳）。
反驳猜想1的evidence：地质记录指明年轻的地球不冷，还比现在热。
猜想2：年轻的冷地球上存在更显著的温室效应。
NH3这个温室气体在一定的含量下可以非常有效地吸收红外线，从而使得地球变暖。
反驳猜想2的evidence：太阳光可以迅速将NH3转化成非温室气体（除非地表可以源源不断地供应NH3）
猜想3：二氧化碳论。二氧化碳不同于NH3，不会被太阳光分解。
支持3的evidence：现在地球上的carbon岩石富含二氧化碳，若是能够释放出来将是60bar，而现在空气里的二氧化碳实际才0.0003bar。而且只要0.1bar的能够释放出来，这个量的二氧化碳（以温暖年轻冷太阳）就足以抵消年轻暗太阳所致的减少的太阳光了。higher CO2抵消reduced sunlight
猜想3的衍生猜想：若二氧化碳含量以太阳光量增长的速率减少，地球就能保持一定范围的恒温。
猜想3的实验->Hart做实验研究这个速率：研究出了一个具体的速率：二氧化碳含量指数递减。
不过这个结果接近唯一（他做的其他的计算里很少有成功的），也就是说，高于（快了）或低于（慢了）这个速率，地球的温度（过高蒸发/过低冰冻）都会难以支持生命体存在。

猜想（因素）4 地球太阳之间的距离。
也是3的Hart做的实验：和二氧化碳含量递减速率变化类似，近5%就会使得地球的温度剧烈变化。只有在0.95AU-1.01AU的距离变化范围（CHZ）才能避免剧烈的不能支持生命体的气候变化。

评价（检测了两个因素的）Hart的结论：不大可靠。
原因：太多odds，要一个精准的速率或精准的距离才能解释paradox
猜想5 质疑Hart的evidence：数学模型->二氧化碳含量的变化不是靠精准的运气，而是靠浮动变化的地表温度。地表温度升高，二氧化碳含量下降，地球变冷，反之亦然。反驳了猜想2.

penelope_shen

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penelope_shen

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charming-

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