为什么年轻地球会存在液态水？

虽然太阳似乎是亘古不变的，这就像天上的其他星星一样。事实上，太阳的年龄只比地球大一点，并且就像每颗恒星一样形成于由气体和尘埃组成的恒星摇篮之中。

随着我们对恒星演化的了解，我们知道恒星随着年龄的增长而逐渐变暖。数十亿年前，我们太阳的光度大约是今天的70%。这意味着年轻的地球接收到来自太阳的热量要比现在少。由于热量少很多，这不足以使当时的地球能维持液态水的存在。但地质证据清楚地表明，年轻的地球也存在有海洋。

上图的横坐标为距今的时间（单位：十亿年），纵坐标为相对于今天的太阳光度

这就是所谓的黯淡太阳悖论，而它仍然是一个巨大的挑战。在过去的几十年里，我们知晓了大气成分可以极大地影响星球表面温度。虽然金星比地球更暖，但它厚厚的大气层使其比更接近太阳的水星更热。另一方面，由于火星曾经拥有更厚的大气层而在其表面存在液态水。

虽然地球在过去确实拥有更厚的大气层，但这并不能完全解释年轻的地球上存在海洋。不仅仅只是大气的厚度，还有大气的组分对地球表面温度起到了至关重要的作用。甲烷和二氧化碳等温室气体能有效地束缚住太阳的热量，这要远远超过其他化合物。然而，对取自被岩石困住的年轻地球大气进行检测表明，当时的甲烷和二氧化碳水平不足以维持地球上存在液态水。

对此，一种可能的解释是地球的早期大气中含有大量的氢分子。而今天我们的大气层中所含的氢则很少。氢的密度很小可以很容易地从地球大气层中逃逸，但在紫外线的帮助下亦会如此。由于年轻的太阳较冷，它产生的紫外线也较少，这使年轻地球上的氢分子更难以逃脱。虽然氢气并不是一种特别强烈的温室气体，但它可以滞留热量。作为浓厚的氮气氛大气层的一部分，这足够维持早期地球的海洋。