在我們的太陽系中心，太陽影響著每一個繞其軌道的行星。在NASA資助的兩項最新研究中，科學家們發現了太陽歷史上古老的事件可能如何幫助創造地球獨特的氣候，並驅動了先前無法解釋的氣候變遷。

在新的研究中，NASA的SHIELD（Solar Wind with Hydrogen Ion charge Exchange and Large-Scale Dynamics）中心——NASA的DRIVE（Diversify, Realize, Integrate, Venture, Educate）科學中心之一——的科學家們追蹤了日球層的軌跡。日球層是太陽創造並包圍我們太陽系的巨大氣泡，它在銀河系中移動並沿途影響地球氣候。在另一篇論文中，一位NASA科學家及其共同作者調查了年輕、較黯淡的太陽是如何透過促進強效溫室氣體的產生來加熱地球的。

在過去數千萬年裡，地球氣候經歷了顯著的變化，包括明顯的冰河時期，當時全球平均溫度暫時下降了好幾度。在這些時期，更頻繁的氣候波動導致地球變暖和變冷。為了解釋這些變暖和變冷時期，科學家們將目光投向了地球內部的因素，包括軌道變化、溫室氣體和冰。但新的研究表明，太陽環境的變化可能是理解地球溫度波動的關鍵。

就像我們的行星被大氣層包裹一樣，我們的整個太陽系也被太陽創造的一種類似「大氣層」的東西所包裹。這個保護性的氣泡，稱為日球層，是由從太陽向四面八方不斷流出的帶電粒子太陽風形成的。

我們的日球層繞著銀河系中心運行。在其46億年的存在期間，我們的日球層穿越了銀河系內的各種區域。在一篇發表於《天文學與天體物理學年報》的論文中，NASA SHIELD的研究人員利用電腦模型，逆向工程了日球層在銀河系中的路徑，揭示了它所經過的環境可能觸發了地球上的變化。

波士頓大學SHIELD首席研究員Merav Opher及其團隊進行了模擬，顯示太陽在過去數百萬年裡至少有三次遭遇了寒冷的氣體和塵埃區域。在這些情況下，巨大的星際「冷雲」對日球層產生了巨大的壓力，使其收縮到比地球軌道還小，將我們的行星置於太陽保護罩之外。

這些暴露——大約在200萬至300萬年前、600萬至700萬年前，以及1300萬至1400萬年前——將使地球大氣層暴露於完全不同的環境。模擬結果與地質證據相符：星際塵埃中普遍存在的元素出現在這些時間點的深海沉積物岩芯樣本、南極冰雪和月球樣本中。

這些日球層崩塌事件也可能解釋地球上古老的氣候模式。在模擬中，當地球大氣層暴露於寒冷、濃密的銀河氫雲時，會增加水蒸氣含量並改變上層大氣動力學，最終改變地表條件。總之，我們的日球層在銀河系較冷區域的旅行，可能是驅動地球某些古老氣候變化的關鍵因素，包括可能的冰河時期。

SHIELD中心是NASA資助的幾個旨在開啟下一代日球層研究的中心之一。作為一個DRIVE科學中心，SHIELD匯集了具有不同專業知識、方法和觀點的研究人員團隊，以開發日球層的模型或「數位孿生」，幫助揭示日球層如何與其周圍環境（包括濃密的星際雲）互動。了解我們獨特、宜居的太陽系將有助於解開地球生命演化的奧秘，並可能發現其他宜居的恆星系統。

在另一篇論文中，位於馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心科學家Vladimir Airapetian，專注於一個長期存在的謎團：古老的太陽是如何加熱早期地球以維持生命的。三十億年前，年輕的太陽亮度只有今天的70%。在這些較黯淡的條件下，地球應該已經完全冰封。然而，地質證據顯示，穩定液態水早已存在。這個謎團——在較冷、較黯淡的太陽下，一個溫暖的地球——被稱為「年輕太陽悖論」。

解決這個悖論的一個線索來自銀河系中其他年輕的類太陽恆星。這些「幼兒期」的恆星容易「發脾氣」。具體來說，NASA退役的開普勒太空望遠鏡的數據顯示，年輕的類太陽恆星每天都會定期爆發巨大的超級閃焰，將高能粒子向四面八方拋射。如果我們的年輕太陽像這些其他恆星一樣，Airapetian提出，高能太陽粒子轟擊可能引發了對加熱早期地球至關重要的化學反應。

Airapetian的團隊在一個密封的腔室中模擬了早期地球的大氣層，混合了分子氮、氨、二氧化碳和一氧化碳。然後，他們將質子射入混合物中，模擬超級閃焰的粒子轟擊。這種質子轟擊引發了幾項變化，包括產生一氧化二氮，這是一種比二氧化碳強300倍的溫室氣體。這項研究發表在《天體物理學期刊通訊》上。

這種一氧化二氮有助於地球留住熱量。但並非所有的一氧化二氮都能持久。年輕太陽強烈的紫外線輻射會分解其中一部分，將分子分解回氮和氧。但即使實驗中觀察到的一氧化二氮只有10%得以倖存，Airapetian團隊的電腦模擬證實，它仍然能將地球赤道地區的溫度加熱到約攝氏5度（華氏41度），高於水的冰點。這種較少量的氧化二氮甚至可以加速生命起源前的合成：研究發現，略高於冰點的溫度比溫暖的溫度更有效地構建複雜的氨基酸鏈。

這兩項研究共同表明，太陽可能對地球產生令人驚訝的影響。雖然我們的行星在許多方面獨一無二，但它作為一個恆星-行星系統的一部分形成，並且一直存在於其中。理解這種獨特的關係，有望為我們提供關於地球及其賴以為生的恆星的新見解。