Цикл космических катастроф. Катаклизмы в истории цивилизации

Уэрвик-Смит Симон

• «Местный пузырь» имеет ширину, равную ширине распространения остатков сверхновой за 41 тысячу лет их распространения.

• Геминга — расположенный около Земли пульсар, является излучающим рентгеновские лучи остатком от недавно взорвавшейся сверхновой,

• Свидетельства говорят, что Геминга имеет возраст и расстояние до Земли, достаточные для того, чтобы быть причиной «События».

16. Излучение с небес

ВОПРОС: Трудно представить, что маленькие частицы, принесенные лучами от взрыва сверхновой, могут пройти миллионы миль к Земле и причинить ей катастрофические события. Как это возможно?

Мы не замечаем того, как невидимые частицы и радиация от сверхновой каждый день бомбардируют наше тело. Путешествуя почти со скоростью света,

один атом появляется в каждом квадратном сантиметре внешней части земной атмосферы почти каждую секунду, создавая дождь из частиц. Эти частицы представляют собой космические лучи. Сверхновая в нашей галактике создает их великое множество. Они путешествуют на протяжении многих тысяч лет по всей галактике, повинуясь действию магнитных полей. Большинство из этих атомов являются атомами водорода; гелий, угле-род, железо и все другие элементы в нашей Солнечной системе образуют космические лучи, которые прилегают из глубин космоса в таком же количестве, в котором они присутствуют около Земли. Большая часть космических лучей низких энергий (меньше 1000 Мэв или миллионов электронвольт) происходит от солнечного ветра, в то время как большая часть других лучей приходит из-за пределов нашей Солнечной системы. Космические лучи самых высоких энергий имеют энергии больше, чем 10²⁰ Мэв — энергии хорошо брошенного бейсбольного мяча (но мы не можем видеть этого «питчера», и фактически истинное происхождение этих космических лучей высоких энергии до сих пор представляет для нас тайну).

Что происходит, когда космические лучи врезаются в атмосферу? К счастью, наша атмосфера является столь толстой, что даже лучи с самой высокой энергией не могут достичь Земли. Вместо этого каждый космический луч разбивает атомы в нашей атмосфере (по большей части азот, кислород и аргон), получается «душ» из протонов, нейтронов, пионов, мюонов, электронов и гамма-лучей, которые, в свою очередь, разбивают другие атомы. Каждое столкновение приводит к появлению каскада частиц, многие из которых доходят до Земли, где их легко зафиксировать. Барраж из космических лучей производит нейтроны, которые бомбардируют нас каждую секунду, На уровне моря в секунду пролетает один нейтрон на 11 квадратных дюймов (71 квадратный сантиметр). Это означает, к примеру, что два нейтрона проходят каждую секунду сквозь вашу голову, хотя, конечно, вы их не чувствуете. В большинстве мест Земли воздействие радиации обуславливается в основном действием космических частиц. Если вы живете на большом возвышении, воздействие на вас лучей серьезно, а для летчиков, бывающих на больших высотах, излучение опасно для жизни. Более сильному воздействию подвергаются астронавты, которые часто находятся на самом краю атмосферы и выше. Уберечь астронавтов от смертоносного воздействия радиации — одна из труднейших проблем.

КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ И ЗЕМНАЯ ПОГОДА

Космические лучи от взрыва сверхновой могут также играть важную роль в формировании погоды. Ученые полагают, что космические лучи обычно являются пусковым механизмом для молний, создавая дорожку из ионов через атмосферу. Была найдена корреляция между величиной космических лучей и облачных формаций на низкой высоте. Нигел Марш и Генрик Свенсмарк (2001) нашли эту связь, как показано на илл. 16.1. Вместо ионизации от космических лучей, похоже, облегчается формирование атмосферных молекул, подобных серной кислоте (H₂S0₄), в небольшие капли, которые действуют как ядра конденсации для водяных паров. Относительно климатического эффекта цепь событий происходит следующим образом:

• Ближайшая сверхновая выбрасывает больше космических лучей.

• Большее число космических лучей вызывает большее количество водяных паров, которые могут конденсироваться в облака.

• Большее количество облаков блокирует большее количество приходящего света. Погода становится холодней

• Большее количество бурь — больше дождя и снега. Температура падает.

• Большее количество снега отражает больше света в космос. Атмосфера становится холодней.

• Большее количество холодной воды и льда попадает в океан. Климат становится еще холодней.

_{Илл. 16.1 Линия интенсивности космических лучей (черная линия) почти точно совпадает с количеством дней с низкими облаками за последние двадцать лет, это говорит о том, что рост уровня радиации приводит к появлению большего числа облаков, которые изменяют климат. По Маршу и Свенсмарку (2001)}

Имея этот сценарий, можно сделать вывод, что взрыв сверхновой может изменить климат, причем есть несколько условий, при которых сверхновая может вызвать возрастание космических лучей. Если магнитное поле Земли ослабевает, тогда большее количество космических лучей попадет в нашу атмосферу, после чего должно произойти то же самое похолодание. К тому же когда на Солнце появляются пятна, количество космических лучей возрастает. Это происходит оттого, что солнечная плазма больше не оберегает Землю и большее излучение ведет к глобальному похолоданию. Эти процессы, однако, не приводят к такому сильному и внезапному похолоданию, как от вспышки сверхновой.

КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ ОТ СВЕРХНОВОЙ

Мы сосредоточились на эффектах космического излучения, вызванного взрывом сверхновой, поскольку многие космические лучи, которые ударяют в Землю, происходят в окрестностях галактики именно по этой причине. Из-за того, что этот район в прошедшие тысячелетия имел более чем достаточно сверхновых, объем получаемых Землей космических лучей в наши дни, по всей вероятности, выше, чем в отдаленном прошлом

Очевидная связь между недавно прибывшими космическими лучами и климатом заставляет задуматься о том, что, возможно, изменения космической радиации воздействуют на цикл наступления холода на Земле, составляющий миллионы лет. Согласно работе Шавива и Вейзера (2003), так оно и есть. Эти исследователи сравнивали величину космических лучей с климатом Земли на протяжении последних 500 миллионов лет и нашли на удивление сильную корреляцию, которая показана на илл. 16.2. Каждый раз, когда интенсивность космических лучей увеличивается, климат становится холодней, а когда уменьшается, климат становится теплее.

_{Илл. 16.2. Черная температурная линия, подсчитанная из космических потоков лучей, точно прослеживает существующий климат в течение последних 500 млн лет. Шесть из девяти последних затуханий также соединяются с увеличивающейся радиацией}

Заметьте также, что большинство периодов массового вымирания (черные полосы на нижней линии) довольно точно совпадают по времени с самыми холодными периодами, отображенными на графике. Только несколько вымираний пришлось на более теплые периоды с небольшим космическим излучением. Это заставляет предполагать, что изменяющиеся уровни космической радиации прямо воздействуют на скорость вымирания живого.

МАССОВОЕ ВЫМИРАНИЕ ЖИВОГО

В 80-х годах XX века Луис Альварес и группа других ученых обнаружили свидетельства массового вымирания динозавров от столкновения Земли с космическим телом, которое исследователи в данном случае связали с кратером, спрятанным в земле полуострова Юкатан. До них никто не мог найти серьезной связи между столкновениями и вымираниями. Прошло немного времени, и в 1984 году Пол Роп и Джек Сепскоски предположили, что вымирание динозавров было только одним из примерно десяти больших вымираний, которые, похоже, регулярно происходили каждые 26 миллионов лет. Из десяти пять самых больших произошли примерно 65,210,245,364 и 440 миллионов лет назад, как показано на илл. 16.2 Если брать большую часть вымираний, то от 20 до 60 процентов всех видов исчезли сравнительно недавно; 245 миллионов лет назад вымирание было особенно катастрофическим — с лица Земли исчезло невероятное количество живого — 90 процентов!

Теория регулярно повторяющихся вымираний до сих пор вызывает споры, но ученые сходятся на том, что вымирания действительно имеют место. Но что их вызывает? Удалось с достаточной степени достоверности связать некоторые вымирания со столкновениями с кометами и астероидами; другие вымирания связаны с активностью вулканов; причины остальных до сих пор не ясны. Однако недавно Эдриан Мелотг и группа астрономов (2004) предположили, что второе по величине вымирание,440 тысяч лет назад (когда вымерло две трети видов), может быть вызвано взрывом сверхновой. По их теории, гамма-лучи разрушили озоновый слой Земли, позволив ультрафиолетовому излучению «стерилизовать» большую часть планеты.