Trên một phiến đá xám ở vùng Ventersdorp, Nam Phi, những vết lõm tròn nhỏ như đầu ngón tay nằm im lặng giữa lớp tro núi lửa hóa thạch. Không ai nghĩ chúng từng là dấu mưa. Mãi đến năm 2012, nhóm khoa học do Sanjoy M. Som thuộc NASA Ames và Đại học Washington công bố rằng những hố nhỏ này là dấu ấn của cơn mưa rơi cách đây 2,7 tỉ năm — thời điểm Trái Đất còn rất trẻ và Mặt Trời yếu hơn hiện nay khoảng 30 %.
Câu hỏi lập tức nảy sinh: nếu ánh sáng yếu hơn nhiều, làm sao khi đó có thể tồn tại nước lỏng và mưa?
Để trả lời, nhóm Som tái tạo thí nghiệm trong phòng kín. Họ thả giọt nước vào lớp tro mịn trong các môi trường không khí khác nhau, thay đổi áp suất để đo vận tốc rơi và hình dạng hố tạo ra. Khi so sánh với dấu vết trên đá cổ, họ phát hiện điều bất ngờ: mật độ không khí thời đó không thể lớn hơn gấp đôi so với hiện nay.
Điều này đi ngược lại nhiều giả thuyết cũ. Từ lâu, các nhà khoa học tin rằng khí quyển Trái Đất sơ khai dày đặc, chứa nhiều khí nhà kính, đủ để giữ nhiệt dù Mặt Trời yếu. Nhưng dấu vết mưa cổ này cho thấy bầu khí quyển có thể đã loãng hơn chúng ta tưởng. Nghĩa là Trái Đất khi ấy giữ được nước lỏng không nhờ một tấm chăn không khí dày, mà nhờ thành phần hóa học khác biệt — có thể chứa nhiều methane, CO₂ hoặc hơi nước hơn.
Phát hiện này, đăng trên Nature năm 2012, góp phần giải mã nghịch lý nổi tiếng mang tên “Mặt Trời trẻ yếu” (Faint Young Sun Paradox): Mặt Trời thời sơ khai không đủ sáng để giữ hành tinh ấm, nhưng Trái Đất vẫn không bị đóng băng.
Những dấu lõm trên phiến đá Nam Phi có kích thước chỉ vài milimét, nhưng chúng là bằng chứng vật lý hiếm hoi cho thấy khí quyển Trái Đất đã từng khác hẳn. Không phải qua hóa thạch sinh vật, mà qua chính cú chạm nhẹ của mưa xuống lớp tro núi lửa đang nguội đi.
Khi ta ngước lên bầu trời hôm nay, làn không khí ta hít thở đã trải qua hàng tỉ năm thay đổi. Vẫn cùng nguyên tố ấy — nitơ, oxy, hơi nước — nhưng từng tỉ lệ đã khác, từng thế giới đã biến mất. Những giọt mưa hóa thạch nằm im 2,7 tỉ năm kia như lời nhắc: có khi, chỉ một cơn mưa cũng đủ viết lại lịch sử của cả hành tinh.