Цикл космических катастроф. Катаклизмы в истории цивилизации - Симон Уэрвик-Смит

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 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.

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.

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.

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.

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.

Многие ученые признают это космическое столкновение во времена исчезновения динозавров примерно 65 миллионов лет назад. Интересно, что и в этом случае могла оказать влияние вспышка сверхновой. Известно, что в то время произошло значительное похолодание климата; в 1970-х Рассел (1977) высказал предположение, что вспышка сверхновой привела к климатическим изменениям и привела к массовому вымиранию, В качестве доказательства Рассел описал огромную, быстро растущую оболочку межзвездного водорода, которая носит название Кольцо Лидблада. Оно составляет 18 тысяч миль в диаметре и является частью нашего «местного пузыря». Если это Кольцо было остаточной оболочкой сверхновой, центр ее взрыва 65 миллионов лет назад находился в опасной близости от Земли. Это привело Рассела к заключению, что сверхновая играла главную роль в вымирании динозавров, в том числе тем, что вызвала столкновение Земли с небесным телом.

В более близкие к нам времена произошло меньшее по масштабам вымирание, которое, согласно Бениту и его коллегам (2002), могло быть связано со сверхновой в группе молодых звезд на границе созвездий Скорпиона и Кентавра. Эта сверхновая может быть ответственной за появление «местного пузыря». Бенит и его команда нашли, что примерно 2 миллиона лет назад некоторые звезды из этой группы могли пройти на расстоянии менее 130 световых лет от Земли — достаточно близко для того, чтобы сверхновая «обдала» нас космическим излучением и множеством частиц. Когда эти исследователи поняли, что звезды были так близко, они стали искать свидетельства взрыва — и нашли их. В коре океанского дна исследователи обнаружили большое количество железа-60, одного из изотопов, производимого сверхновой. Этот слой датируется временем 2 миллиона лет назад — точное время вымирания. Имея это свидетельство, Бенит и его коллеги сделали заключение, что тогда сверхновая убила миллионы растений и животных.