科学家通过月球岩石解读太阳的历史

恒星，就像人类一样，年轻时更加不稳定。当类日恒星度过它们的第一十亿年，它们都会倾向于减慢旋转速度，最终收敛到我们现在在太阳上看到的差不多相同的周期：对于质量与我们的太阳相同的恒星来说，大约是27天。

但当恒星年轻时，它们的旋转速度更快，而且不可预测性更强。两个大小相同的恒星可能以截然不同的速度旋转。而快速旋转的恒星倾向于喷射出更多的太阳耀斑和日冕物质抛射，将强大的辐射和带电粒子抛射到它们的系统中，通常会损害它们周围的行星。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员，在 Prabal Saxena 的带领下，于 5 月 3 日在《天体物理学杂志通讯》上发表了一项研究，他们利用月球表面来测量我们太阳在早期有多活跃，这是一个强烈决定了包括地球在内的内行星如何演化的因素。

太阳的爆发

基于太阳过去自转速度来了解其历史是困难的。Saxena说：“在十亿年后，[质量相同的恒星]都会收敛到相同的自转速率。如果你只能测量恒星本身，那么关于你之前的状态的线索很少。”但 Saxena 的团队通过关注月球样本中的钾和钠找到了一个解决方法。尽管地球和月球由相同的物质构成，但这些元素在月球上的含量比地球要少。但是钠和钾仍然存在于月球样本中，它们的含量足够高，易于追踪和测量。

钠和钾是挥发物，这意味着它们很容易被足够强的太阳活动或其他剧烈事件从月球表面剥离。因此，这些物质残留在月球表面上的量应该能揭示太阳曾经有多活跃——从而揭示它自转的速度有多快。Saxena 的团队研究了月球样本中这些元素的含量，然后使用计算机模型对三个假想的太阳进行了时间回溯：一个快速、一个中速和一个慢速的自转者。年轻太阳的自转速度越快，它产生的日冕物质抛射和太阳耀斑就越多，从月球的岩石和土壤中剥离的挥发物也就越多。

他们发现，如果太阳是一个快速自转者，伴随着所有由此产生的太阳活动，那么月球样本中就不应该剩下任何钾。他们仍然能够测量这些物质的事实意味着我们的太阳可能是一个安静的“年轻人”，其自转速度比平均水平的恒星要慢。

然而，这仍然留下了一个很大的范围。他们无法精确地确定太阳自转速度到底有多慢，因为月球岩石最初的挥发物含量究竟有多低还不清楚。不同的形成理论——撞击地球的物体是大而快的，还是小而慢的？——存在分歧。事实上，太阳天气带来的剥离作用甚至可能使其中一些理论更加不确定，因为它们经常利用今天留在月球上的钾和钠含量来支持它们的论点。Saxena说：“现在你说，10%-20%的钾可能是在形成后损失的。这为争论留下了更大的空间。”

无论如何，太阳在过去比现在旋转得更快——在太阳系最初的几亿年里，每旋转一次大约需要九到十天，而不是今天的平均27天。这意味着年轻的月球和行星比今天遭受更多的日冕物质抛射和粒子事件。这很可能是金星失去氢气，火星失去大气和水分的时期。即使是地球很可能也失去了它最初、更稀薄的大气层，直到它通过火山气体形成了一个新的大气层，足够厚，能够在地球磁场的帮助下承受太阳的恶劣活动。

但许多恒星的自转速度比我们年轻的太阳还要快。因此，地球保留其大气层可能是一次幸运的巧合。

随着美国宇航局计划重返月球，月球科学家们希望获得更多样本，无论是来自月球广阔表面还是地下的深处，以便从我们最近的邻居那里了解更多关于太阳系的历史。

披露：本文的合著者 Avi Mandell 是作者的硕士论文导师。

编者注：本文的早期版本错拼了主要作者的姓氏。