यह सर्वमान्य है कि सूर्य सौर मंडल की सभी वस्तुओं पर सीधा प्रभाव डालता है। हालांकि, नासा के शोधों ने दिखाया है कि पृथ्वी पर यह प्रभाव और भी अधिक जटिल है: तारे की पिछली घटनाओं ने ग्रह की जलवायु को आकार दिया हो सकता है।
ऐसे अध्ययनों में से एक SHIELD केंद्र का काम है, जिसका पूरा नाम हाइड्रोजन आयन चार्ज एक्सचेंज और स्केल डायनेमिक्स के साथ सौर पवन है। यह अध्ययन हेलियोस्फीयर—संपूर्ण सौर मंडल के चारों ओर एक विशाल चुंबकीय बुलबुला—के पथ को ट्रैक करता है, जबकि यह आकाशगंगा में यात्रा करते समय ग्रह की जलवायु को प्रभावित कर रहा था।
एक अन्य अध्ययन इस बात की जांच करता है कि कैसे सूर्य, जो वर्तमान की तुलना में युवा और कम चमकीला था, ने ग्रीनहाउस गैसों को उत्तेजित करके और इस प्रकार पृथ्वी को गर्म किया। ग्रह ने अपने इतिहास में लगातार गर्म और ठंडे अवधियों का अनुभव किया है। हिमयुग, जब ग्रह का औसत तापमान तेजी से गिर गया था, ऐसे दोहराए जाने वाले बदलाव का एक उदाहरण हैं जो लाखों वर्षों तक चले।
इन उतार-चढ़ावों की व्याख्या करने के लिए, वैज्ञानिक पारंपरिक रूप से पृथ्वी के आंतरिक कारकों पर ध्यान केंद्रित करते रहे हैं, ग्रीनहाउस गैसों, कक्षीय परिवर्तनों और अन्य आंतरिक प्रक्रियाओं का अध्ययन करते हैं। फिर भी, नए शोध बताते हैं कि सौर जलवायु प्रभाव इन स्पष्टीकरणों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
जिस तरह हर ग्रह का एक वायुमंडल होता है, उसी तरह सौर मंडल के पास हेलियोस्फीयर होती है, जो सूर्य द्वारा बनाया गया एक 'वायुमंडल' के रूप में कार्य करती है। यह चुंबकीय बुलबुला आवेशित कणों की निरंतर सौर हवाओं पर आधारित है जो प्रणाली के सभी कोनों में फैलती है।
जिस तरह ग्रह सूर्य की परिक्रमा करते हैं, उसी तरह हमारी सौर प्रणाली (हेलियोस्फीयर के साथ) मिल्की वे के केंद्र की परिक्रमा करती है। सूर्य के 4.6 अरब वर्षों के अस्तित्व में, हेलियोस्फीयर ने आकाशगंगा के विभिन्न क्षेत्रों से होकर गुजरना किया। वार्षिक समीक्षा ऑफ एस्ट्रोनॉमी एंड एस्ट्रोफिजिक्स पत्रिका में प्रकाशित SHIELD अध्ययन इस पथ को पुनर्निर्मित करता है और निष्कर्ष निकालता है कि हेलियोस्फीयर से गुज़रने वाले विभिन्न वातावरणों ने पृथ्वी की जलवायु को आकार दिया है।
बोस्टन विश्वविद्यालय में SHIELD परियोजना के प्रमुख शोधकर्ता मेराव ओफर के नेतृत्व में किए गए अध्ययन से पता चला कि मिल्की वे में इस यात्रा के दौरान, सौर मंडल ने पिछले लाखों वर्षों में धूल और गैस के तीन विशाल बर्फीले क्षेत्रों को पार किया। इन 'बर्फीले बादलों' ने हेलियोस्फीयर पर दबाव डाला, इसे इतना छोटा कर दिया कि पृथ्वी का वायुमंडल अंतरतारकीय धूल के लिए उजागर हो गया, जिससे अस्थायी रूप से सूर्य की सुरक्षा खो गई।
ये घटनाएँ लगभग 2-3 मिलियन वर्ष, 6-7 मिलियन वर्ष और 13-14 मिलियन वर्ष पहले हुईं, जो पृथ्वी के प्राचीन जलवायु पैटर्न की व्याख्या करती हैं। सिमुलेशन में पाया गया कि इन अंतरतारकीय बादलों से टकराने पर पृथ्वी के वायुमंडल में जल वाष्प में वृद्धि और ऊपरी वायुमंडल की गतिशीलता में परिवर्तन हुआ, जिसका परिणामस्वरूप सतह पर प्रभाव पड़ा।
इस प्रकार, विशाल बर्फीले धूल के बादलों ने सौर मंडल पर इतना दबाव डाला कि इसने सीधे पृथ्वी की जलवायु को प्रभावित किया, संभवतः हिमयुग को प्रेरित किया। यह भूवैज्ञानिक नमूनों के अनुरूप है: अंतरतारकीय धूल में पाए जाने वाले तत्व ठीक इन्हीं अवधियों में तलछट, अंटार्कटिका की बर्फ और चंद्र नमूनों में पाए जाते हैं।
SHIELD केंद्र नासा के कई अनुसंधान केंद्रों में से एक है जो हेलियोस्फीयर पर केंद्रित है। यह DRIVE—विविधीकृत करें, कार्यान्वित करें, एकीकृत करें, उद्यम करें और शिक्षित करें—संक्षिप्त नाम वाले वैज्ञानिक केंद्रों के समूह का हिस्सा है, जो हेलियोफिजिक्स को समर्पित हैं। SHIELD हेलियोस्फीयर का एक आभासी मॉडल बनाने के लिए विभिन्न क्षेत्रों के विशेषज्ञों को एक साथ लाता है। इस 'डिजिटल ट्विन' का उद्देश्य यह दिखाना है कि 'सौर मंडल का वायुमंडल' आसपास के वातावरण के साथ कैसे संपर्क करता है।
संयुक्त राज्य अमेरिका में ग्रीनबेल्ट में, नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर के वैज्ञानिक व्लादिमीर आइरापेटियन ने सूर्य और पृथ्वी के अतीत के संबंधों की एक और पहेली का अध्ययन किया। सवाल यह था: प्रारंभिक सूर्य, जो वर्तमान की तुलना में 30% मंद था, पृथ्वी के लिए जीवन के अनुकूल जलवायु को कैसे बनाए रख सका?
यह 3 अरब साल पहले के सूर्य की स्थिति थी। इस विन्यास से उम्मीद की जाती थी कि ग्रह पूरी तरह से बर्फ से ढका होगा, लेकिन ऐसा नहीं था। भूवैज्ञानिक साक्ष्य बताते हैं कि इससे बहुत पहले तरल पानी और स्वयं जीवन मौजूद था। इस पहेली को युवा और कमजोर सूर्य का विरोधाभास कहा जाता है।
हमारी आकाशगंगा में सूर्य जैसे युवा तारे इस विरोधाभास का उत्तर दे सकते हैं। केपलर अंतरिक्ष दूरबीन (जो अब सेवा से बाहर है) के आंकड़ों के अनुसार, ये युवा तारे बड़े सौर ज्वालाओं में अधिक बार शामिल होते हैं, जो हर दिन सभी दिशाओं में उच्च ऊर्जा वाले कणों को छोड़ते हैं।
इसके कारण आइरापेटियन इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि यदि युवा सूर्य अपने आधुनिक समकक्षों की तरह व्यवहार करता, तो ये कण प्रारंभिक पृथ्वी तक पहुंच सकते थे और रासायनिक प्रतिक्रियाएं उत्पन्न कर सकते थे जो ग्रह को गर्म करने के लिए जिम्मेदार होतीं।
प्रारंभिक सूर्य के अनुकरण प्रयोग का विवरण
आइरापेटियन की टीम ने एक सीलबंद कक्ष में प्रारंभिक पृथ्वी के वायुमंडल का मॉडल तैयार किया, जिसमें आणविक नाइट्रोजन, अमोनिया, कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड को मिलाया गया। फिर उन्होंने सौर ज्वाला कणों का अनुकरण किया, मिश्रण पर प्रोटॉन बमबारी की। परिणाम नाइट्रस ऑक्साइड का निर्माण था, जो कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में 300 गुना अधिक शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस है।
नाइट्रस ऑक्साइड प्रारंभिक पृथ्वी को सूर्य से आने वाली थोड़ी गर्मी को बनाए रखने में मदद कर सकती थी। हालांकि, युवा तारे की तीव्र पराबैंगनी विकिरण ने इसका कुछ हिस्सा तोड़ दिया, इसे ऑक्सीजन और नाइट्रोजन में विभाजित कर दिया। फिर भी, यदि केवल 10% नाइट्रस ऑक्साइड बचा रहता, तो यह अभी भी ग्रह के एक हिस्से को 5 डिग्री सेल्सियस के स्तर पर गर्म रखने में सक्षम हो सकता था, जिससे पानी का जमना रोका जा सकता था। इसके अलावा, इस सीमा में तापमान बनाए रखना प्रीबायोटिक संश्लेषण को बढ़ा सकता था, क्योंकि पानी के हिमांक बिंदु के करीब के तापमान अमीनो एसिड की जटिल श्रृंखलाओं के निर्माण के लिए अधिक प्रभावी होते हैं - एक प्रक्रिया जो जीवन की उत्पत्ति के लिए आवश्यक है।