為什么年輕地球會存在液態水？

雖然太陽似乎是亙古不變的，這就像天上的其他星星一樣。事實上，太陽的年齡只比地球大一點，并且就像每顆恒星一樣形成于由氣體和塵埃組成的恒星搖籃之中。

隨著我們對恒星演化的了解，我們知道恒星隨著年齡的增長而逐漸變暖。數十億年前，我們太陽的光度大約是今天的70%。這意味著年輕的地球接收到來自太陽的熱量要比現在少。由于熱量少很多，這不足以使當時的地球能維持液態水的存在。但地質證據清楚地表明，年輕的地球也存在有海洋。

上圖的橫坐標為距今的時間（單位：十億年），縱坐標為相對于今天的太陽光度

這就是所謂的黯淡太陽悖論，而它仍然是一個巨大的挑戰。在過去的幾十年里，我們知曉了大氣成分可以極大地影響星球表面溫度。雖然金星比地球更暖，但它厚厚的大氣層使其比更接近太陽的水星更熱。另一方面，由于火星曾經擁有更厚的大氣層而在其表面存在液態水。

雖然地球在過去確實擁有更厚的大氣層，但這并不能完全解釋年輕的地球上存在海洋。不僅僅只是大氣的厚度，還有大氣的組分對地球表面溫度起到了至關重要的作用。甲烷和二氧化碳等溫室氣體能有效地束縛住太陽的熱量，這要遠遠超過其他化合物。然而，對取自被巖石困住的年輕地球大氣進行檢測表明，當時的甲烷和二氧化碳水平不足以維持地球上存在液態水。

對此，一種可能的解釋是地球的早期大氣中含有大量的氫分子。而今天我們的大氣層中所含的氫則很少。氫的密度很小可以很容易地從地球大氣層中逃逸，但在紫外線的幫助下亦會如此。由于年輕的太陽較冷，它產生的紫外線也較少，這使年輕地球上的氫分子更難以逃脫。雖然氫氣并不是一種特別強烈的溫室氣體，但它可以滯留熱量。作為濃厚的氮氣氛大氣層的一部分，這足夠維持早期地球的海洋。