Вы могли бы подумать, что что-то, происходящее на расстоянии в миллиарды световых лет, не повлияет на Землю, не так ли? Что ж, в 2002 году на нашу планету действительно воздействовал всплеск гамма-лучей продолжительностью 800 секунд. Они произошли от мощного и очень далекого взрыва сверхновой. Его гамма-бомбардировка нарушила ионосферу нашей планеты и активировала детекторы молний в Индии.
Этот конкретный гамма-всплеск (GRB) произошел в галактике на расстоянии почти 2 миллиардов световых лет (и ему потребовалось два миллиарда лет, чтобы достичь нас). Бомбардировку зафиксировали не только наземные детекторы, но и спутники, чувствительные к вспышкам высокой энергии. Это включало миссию Международной астрофизической лаборатории гамма-излучения (INTEGRAL) Европейского космического агентства. Обычно он регистрирует гамма-всплески ежедневно, но этот, получивший название GRB 221009A, затмил все остальные.
Столь сильные гамма-всплески случаются (в среднем) примерно раз в 10 000 лет, поэтому это событие привлекло всеобщее внимание. «Возможно, это был самый яркий гамма-всплеск, который мы когда-либо обнаруживали», — говорит Мирко Пьерсанти из Университета Л’Акуила, Италия, и ведущий автор статьи, анализирующей это событие.
Как гамма-всплеск повлиял на ионосферу
Большую часть времени нашу планету бомбардирует солнечное излучение. Это часто достаточно сильно, чтобы повлиять на ионосферу. Это атмосферный слой, изобилующий электрически заряженными газами, называемыми плазмой. Он простирается на высоту от 50 до 950 км над поверхностью. Есть «верхняя ионосфера» (которая находится на высоте выше 350 км) и «нижняя ионосфера», которая находится ниже нее. Ученым хорошо известно, как Солнце обращается с этой областью атмосферы, особенно в периоды сильной солнечной активности.
Этот взрыв гамма-всплеска привел в действие инструменты, обычно предназначенные для изучения огромных взрывов в атмосфере Солнца, известных как солнечные вспышки. «Примечательно, что это возмущение затронуло самые нижние слои ионосферы Земли, расположенные всего в десятках километров над поверхностью нашей планеты, оставив отпечаток, сравнимый с отпечатком крупной солнечной вспышки», — говорит Лаура Хейс, научный сотрудник и физик Солнца из ЕКА. По сути, этим отпечатком было увеличение ионизации в нижней части ионосферы. Он оставил отпечаток в низкочастотных радиосигналах, которые перемещаются между поверхностью Земли и нижними уровнями ионосферы. «По сути, мы можем сказать, что ионосфера «опустилась» на более низкие высоты, и мы обнаружили это по тому, как радиоволны отражаются вдоль ионосферы», — объяснила Лаура.
Гамма-всплески в данных
Прошлые гамма-всплески беспокоили нижнюю часть ионосферы, но не всегда беспокоили верхнюю часть. Ученые просто предположили, что к тому времени, когда взрыв гамма-всплеска достиг Земли, он уже не имел достаточной силы, чтобы изменить эту часть ионосферы. GRB 221009A доказал ошибочность этой идеи. Благодаря данным орбитального китайского сейсмо-электромагнитного спутника (CSES) ученые увидели сильное возмущение в верхней ионосфере. Это создало сильное изменение электрического поля, и ученые впервые увидели его связь с гамма-всплеском. Результатом стало первое в истории ионосферное измерение изменений электрического поля, вызванных вспышкой гамма-излучения на космических расстояниях.
ИНТЕГРАЛ и другие космические аппараты постоянно регистрируют гамма-всплески со всей Вселенной. Все ли они каким-то образом повлияли на нашу ионосферу? Есть ли способ узнать это? Теперь, когда ученые знают, какие ионосферные эффекты следует искать, они могут искать данные, чтобы найти ответы. Данные INTEGRAL и CSES будут особенно полезны. Они должны быть в состоянии сопоставить его с другими гамма-всплесками, наблюдавшимися с 2018 года. Именно тогда был запущен CSES.
Свидетельства ионосферных возмущений от гамма-всплесков появились еще в 1988 году. Именно тогда впервые были зарегистрированы последствия гамма-всплеска 1983 года. Теперь у ученых есть целый ряд наземных и космических детекторов, таких как Swift, Fermi, MAXI, AGILE, INTEGRAL и CSES, которые дали надежные обнаружения излучения GRB221009A.
Последствия для будущих эффектов гамма-всплесков на Земле
Подобное возмущение от очень далекого события ставит вопрос: что бы произошло, если бы такой взрыв произошел «ближе к дому»? Например, сверхновая в нашей галактике, выпустившая огромную вспышку гамма-лучей, вполне могла бы радикально «протянуть руку и коснуться» Земли. «Были большие дебаты о возможных последствиях гамма-всплеска в нашей галактике», — говорит Мирко Пьерсанти.
Во-первых, близкий и сильный гамма-всплеск окажет сильное воздействие на нашу ионосферу, гораздо более сильное, чем типичная солнечная вспышка. Это также может нанести значительный ущерб озоновому слою (который обеспечивает защиту от радиации Солнца). Это позволит гораздо большему количеству ультрафиолета (УФ) достичь поверхности, чем мы привыкли воспринимать. Возможно (хотя и не доказано), что некоторые из прошлых событий вымирания Земли могли быть связаны с увеличением УФ-излучения на поверхности.
Гамма-всплески и вымирания
Озоновый слой Земли является механизмом первой линии защиты от радиации, поэтому люди перестали использовать такие газы, как хлорфторуглероды. Они разрушали озоновый слой, вызывая большее количество ультрафиолетового излучения. Это повлияло на атмосферу, а также на людей, растения и животных. По крайней мере, в одной исследовательской работе рассматривалось разрушение озона гамма-всплесками, изучая то, что происходит в полярных регионах. Повышенное УФ-излучение вызывает изменения в средней атмосфере, включая образование приземного озона, который в высоких концентрациях может нанести вред жизни. Всплеск, который отправил радиацию в южные полярные регионы, считается одной из причин ордовикского вымирания, произошедшего около 445 миллионов лет назад. По оценкам, 85 процентов видов, живших в то время, были уничтожены.
Если бы был задействован близлежащий GRB, это могло бы объяснить ордовикское событие и дать представление о других массовых вымираниях. Нетрудно предположить, что некоторые из них могли иметь космические триггеры. Они могли повлиять на жизнь на Земле более сильно, чем бомбардировка GRB 221009A, произошедшая два миллиарда лет назад.
Для дополнительной информации
Взрыв из прошлого: гамма-всплеск поразил Землю от далекой взрывающейся звезды
Свидетельства возмущения электрического поля верхней ионосферы, коррелирующего с гамма-всплеском
Насколько смертоносным может быть гамма-всплеск?
