40 亿年前太阳比现在黯淡许多，是不是地球的温度也比现在低 ...

为林羽而来亩

我看腾讯视频的纪录片《行星》说的 40 亿年前新生的太阳比现在的太阳黯淡许多，那理论上是不是那时候的地球温度应该远低于现在，就像现在的火星或者木星的卫星一样寒冷？

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我们的太阳正在变得越来越亮。
不仅是现在，在接下来的50亿年里，太阳将继续变得越来越亮，越来越热，直到它的寿终正寝，变成一颗红巨星，吞噬掉地球。
但是如果能回到45亿年前的太阳系初期，我们会发现一颗比现在暗淡30%的恒星，那就是45亿年前的太阳。




黯淡的年轻太阳对于地球来说，无疑是一场灾难。如果将现代的地球置于45亿年前的太阳之下，地表平均温度将达到负7摄氏度左右。
负7摄氏度，已经达到水的冰点之下，地球将会完全冻结，生命不应该发展。
然而，事实悖于常理。
早在44亿年前，当水蒸气从地球大气中凝结出来时，地球表面就有了液态水。此后不久，单细胞生命似乎如雨后春笋一般涌现，地球的水和它的子民共同让地球变得生机勃勃，成为太阳系独一无二的小蓝星。




可是如果早期的太阳那么黯淡，生命怎么可能会出现呢？这就是昏暗年轻太阳悖论。
近年来，随着科学家不断深耕这个谜团，谜底逐渐揭晓。
科学家们开始意识到，昏暗的太阳不仅对地球演化，而且对我们理解生命如何形成具有重要的意义。我们的地球处于一颗相对平静的恒星的最佳位置，生命是否只能在如此苛刻的条件下产生？这就是我们找不到外星生命的原因吗？
黯淡年轻太阳悖论

20世纪中叶，科学家们开始研究驱动恒星演化的机制。他们发现在恒星核心深处，氢聚变不断将氢融合成氦并释放能量，随着时间的流逝，氢气量不断减少，恒星核心会收缩，这反而增加了核聚变效率，使恒星变得越来越亮，温度越来越高。




而当我们的太阳首次形成时，它的亮度只有现在的70%左右，如果这个时候地球存在水，肯定将会被冻结。
然而，地球上出现水的证据可以追溯到40亿年前，这似乎与太阳演化模型相矛盾。为了解决这种矛盾，科学家提出要么太阳要比我们想象的更古老，要么我们的太阳的演化模型存在瑕疵，需要修改。
1972年，美国天文学家卡尔·萨根（Carl Sagan）第一次对黯淡太阳悖论进行详细的分析。他们认为，早期地球身披厚厚的氨气大气层，这可以帮助地球捕获更多的热量，使地球保持足够温暖，以防液态水被冻结。
但是后来，科学家后来意识到，氨气不靠谱，很容易被紫外线辐射摧毁。




二十世纪70年代后期，科学家将目光转向另一种温室气体——二氧化碳。
早期的地球火山遍布，岩浆四溢，地球大气充满二氧化碳应该是稀松平常的一件事，大气中足够多的二氧化碳足以克服黯淡太阳带来的问题。
即使在后来的两次雪球地球事件中，全球冰封百尺，赤道雪海茫茫，火山喷发释放的二氧化碳所产生的大温室效应很快将地球从冰天雪地中释放出来。
但是要验证这一假设的合理性非常困难，科学家不可能回到几十亿年前采集早期地球的大气样本。在缺乏地质证据的情况下，还会出现其他可能性。




也许高浓度的二氧化碳会增加云层的反射率，将阳光直接反射回太空，让地球变得更冷。
也许早期的太阳质量更大，足以抵消恒星核聚变过程中氢的减少。如果将太阳的质量增加5%，那么早期的太阳会像现在一样明亮，根本不存在黯淡的年轻太阳的悖论。
要解决黯淡年轻太阳悖论，就需要更好地了解46亿年至25亿年期间，太古宙结束前地球的状况，科学家们需要找出水和生命首次出现的时间，并掌握地球早期大气层的状况。
水球

45亿年前的冥古宙伊始，一个和火星一样大的星球和年轻的地球相撞，产生了月球，并将地球的时间线归零，地球再次变成岩浆海洋包围的火球。
在接下来的几千万年的时间里，岩浆海洋逐渐冷却，地球形成坚硬的地壳。
44亿年前，地球上就已存在液态水。科学家通过研究44亿年前锆石中不同形式的氧元素比例，发现它们可能早在43.8亿年前就与水相互作用。这表明在岩浆海洋阶段结束后不久，地球就已存在海洋。




仅仅3亿年后，也就是41亿年前，地球最早的生命出现。2015年，加州大学洛杉矶分校的地球科学家伊丽莎白·贝尔（Elizabeth Bell）及其同事在锆石内部发现了生物来源的碳，它们可能是困在锆石晶体中的生活在41亿年前或更早之前的生物遗骸。
与此同时，科学家幸运地测量到27亿年前大气中二氧化碳的含量。2020年1月，加利福尼亚州NASA艾姆斯研究中心工作的行星科学家欧文·莱默（Owen Lehmer）公布了研究27亿年前坠落地球陨石成分所取得的成果。




当陨石穿过地球大气层时，它们可以记录地球大气成分。通过分析陨石，科学家推测27亿年前，地球大气中二氧化碳至少占比70%，而如今只有0.04%，如此高浓度的二氧化碳肯定能防止地球变成一个冰墩墩。
雪球地球

在45亿年的地球演化历史过程中，地球的温度并不总是那么温和，地球温度几度失调，地球变成一个冰墩墩。
24亿年前，休伦冰期开始，冰川一直延伸到赤道，整个地球被冰封在百米厚的冰层之下。这场事故的原因是藻类微生物大量繁殖以及陆地岩石风化抽离大气中的大量二氧化碳，导致地球失温。
而让地球从雪球地球中苏醒过来的正是火山喷发产生的大量二氧化碳，所以说二氧化碳是地球的小棉袄也不为过。




此外，地球还有另一个热源，就是月球。
月球刚形成时，地月距离可能只有几万公里。月球引力会对地球产生巨大的潮汐作用，潮汐力足以导致地表岩浆或者液态水产生两千米的降落。
潮汐力还会拉动地球内部的岩浆，产生极端的潮汐摩擦，从而增加地球的温度。




虽然月球产生的潮汐力不足以解决黯淡年轻太阳悖论，但在地球诞生的前1亿到3亿年中，月球潮汐为地球提供了至关重要的推动力，使地球温度升高几度，并促进火山活动，让岩浆穿过地表，遍布地表。
如果没有月球潮汐加热，整个地球将是一个冰墩墩。
黯淡的太阳，地球的光

也许黯淡的年轻太阳根本不是问题，而是地球的救世主。
如果45亿年前，太阳是目前亮度的92%至95%，地球可能会变得太热，导致"蒸汽地球"。因为水蒸气无法从大气中凝结出来，地球无法形成海洋，地球可能沦为和金星一样的命运。
但是如果将目光投向太阳系的其他行星，黯淡太阳悖论将生命起源的问题将复杂化。




37亿年前，火星表面也拥有河流和湖泊，那么在距离太阳更远的情况下，火星的水为何没有冻结，科学家也无法解释。在真相到来之前，我们还需耐心等待。
2020年12月，科学家Tyrrell创建了一个100，000颗行星的计算机模型，每个行星都有宜居的初始条件。随后，他对每个行星进行了100次的各种气候条件下的行星演化模拟。
模拟结果令人沮丧而又庆幸， 91%的行星在漫长的演化过程中变成一颗死星。
也就是说如果让再地球演化之路再上演100次，91次地球不会出现生命，地球出现生命充满偶然性。




回看地球的演化历史，我们会发现地球何其幸运。
不知何故，恰到好处的条件让地球避免了沦为一个永久雪球，或者是一颗蒸汽火球。许多必然的和偶然的事件相继发生，才使地球成为现在的地球。
金星与火星都曾拥有过海洋，后来它们却成为了炙热的地狱和冰冷的荒漠。唯有地球在漫长的时间里享有稳定的环境，让生命的进化成为可能，让人类得以在广袤宇宙以渺小的形式探索自身存在的意义。

殿堂级话痨付

@天苑四 高赞答案中的说法，套用过多的现代地球的状态，而忽视了地球早期阶段的特点。

第一，岩质行星在形成之初，都是炽热的熔融球体。其后的数亿年乃至十数亿年里，都是行星逐渐冷却的过程。
地球上最古老的岩石形成于约38亿年前，我们有理由相信，地表大体凝固稳定，大约就在这个时间点。
当然，地表凝固稳定，也不代表地表已经冷却到现在的室温，此后还有漫长的冷却过程。

第二，也是最重要的，温室气体。
高赞答案中考虑到了常见温室气体，如甲烷和二氧化碳，但漏掉了一个最重要的部分——水蒸气。结合第一点，当早期地球温度较高时，地球大气中的水蒸气含量也会相应提升，这是一个正反馈。
温度高->水蒸气含量上升->产生强烈的温室效应->进一步推高地表温度。

第三，也是最后一点，冥古宙时期的太阳系非常不稳定。
在41亿年前到38亿年前，地球持续不断地遭受小行星与彗星的轰击，对行星的温度以及大气构成都会产生影响。尤其是彗星，会带来大量的水，推动第二点中水蒸气温室效应正反馈的扩大。

火星同理。

天地有情人茁

太阳年轻的时候比现在温度低是肯定的。而且随着太阳年龄的增大，温度会缓慢上升。大概再过11亿左右，我们地球上的海洋就会被全部蒸发掉。但是需要明确的是，地球上的温度，除了由太阳决定以外，还与自身的大气有关系。大气中温室气体的多少，也会直接影响到地球的温度。40亿前没有光合作用的植物，大气中的温室气体，不会被利用消耗，另外40亿年前，地球的内部热量比现在多的多，火山等地质活动要比现在剧烈的多。所以个人估计那个年代，大气中的二氧化碳等温室气体比现在多的多，虽然那时太阳不是很热，但因为温室作用，地球表面的温度不会很低，大体和现在差不多或者稍微冷一点。以后能光合作用的植物产生并大量繁殖，造成空气中的温室气体因光合作用消耗过多，产生了雪球地球的历史事件。

唐庆旺

单开个答案：还得考虑地球内部放射性核素衰变产热的贡献，具体多少得计算了才知道。
根据这个答案：https://www.zhihu.com/question/310963644，地球内部产热功率是 ，其中衰变热大约占80%也就是 左右，其余20%是引力收缩热。
而地球接受的太阳辐射总功率是 ，也就是说地球内部产热功率只有接受太阳辐射功率的万分之五左右，基本可以忽略不计了。
但是几十亿年前呢？那时的放射性核素衰变热肯定比现在高。
大概估算一下：衰变热绝大多数是由铀238、铀235、钍232、钾40这四种长寿命核素贡献的。
铀238整个衰变链总产能是51.7MeV，铀235是46.4MeV，差不太多。然而铀238的半衰期是45亿年，铀235是7亿年，也就是说铀235的衰变速度是铀238的6倍多，衰变热功率应该也是铀238的6倍左右，这两者总的贡献按99.3+0.7*6，是103.5；40亿年前的铀238总量是现在的2倍不到，大概1.85倍，铀235则有现在的52倍左右，加起来是99.3*1.85+0.7*6*52=402，总共是现在的4倍左右。
钾40的半衰期是12亿年，40亿年前是现在的10倍左右。不过钾40的衰变热只有1.3或1.5MeV，丰度则和铀差不多，因此总的贡献很小。
钍232整个衰变链产能是42.6MeV，半衰期140亿年，因此衰变热功率应该是铀238的1/3左右。40亿年前比现在也就多20%，变化不大。但是钍232的丰度比铀高一些，总的贡献应该和铀相当。
综合以上，40亿年前放射性核素总的衰变热大概是现在的两三倍；高票答案则指出40亿年前的太阳辐射功率只比现在低26%，则当时衰变热大概占太阳辐射的千分之一到千分之二，肯定小于地表反照率变化、大气温室效应等造成的波动。
结论：还是基本可以忽略不计。