Кредит: Харрисон Хейнс из Pexels
Замечательное полярное сияние в начале мая этого года продемонстрировало мощь, которую солнечные бури могут испускать в виде радиации, но иногда солнце делает что-то гораздо более разрушительное. Известные как «события солнечных частиц», эти взрывы протонов прямо с поверхности солнца могут выстреливать в космос, как прожектор.
Записи показывают, что примерно раз в тысячу лет на Землю обрушивается экстремальное солнечное событие, которое может нанести серьезный ущерб озоновому слою и повысить уровень ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхности.
Мы проанализировали, что происходит во время такого экстремального события в статье, опубликованной 1 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences. Мы также показываем, что в моменты, когда магнитное поле Земли слабое, эти события могут иметь драматическое влияние на жизнь по всей планете.
Критический магнитный щит Земли
Магнитное поле Земли обеспечивает жизненно важный защитный кокон, отклоняя электрически заряженное излучение от Солнца. В нормальном состоянии оно функционирует как гигантский стержневой магнит с линиями поля, поднимающимися от одного полюса, огибающими его и погружающимися обратно вниз на другом полюсе, в узоре, который иногда называют «перевернутым грейпфрутом». Вертикальная ориентация на полюсах позволяет некоторой части ионизирующего космического излучения проникать вниз вплоть до верхних слоев атмосферы, где оно взаимодействует с молекулами газа, создавая свечение, которое мы называем полярным сиянием.
Однако поле сильно меняется с течением времени. За последнее столетие северный магнитный полюс перемещался по северной Канаде со скоростью около 40 километров в год, и поле ослабло более чем на 6%. Геологические записи показывают, что были периоды в столетия или тысячелетия, когда геомагнитное поле было очень слабым или даже полностью отсутствовало.
Мы можем увидеть, что бы произошло без магнитного поля Земли, взглянув на Марс, который в далеком прошлом потерял свое глобальное магнитное поле, а в результате и большую часть своей атмосферы. В мае, вскоре после полярного сияния, на Марсе произошло сильное событие, связанное с солнечными частицами. Оно нарушило работу космического корабля Mars Odyssey и вызвало уровень радиации на поверхности Марса примерно в 30 раз выше, чем тот, который вы получили бы во время рентгенографии грудной клетки.
Сила протонов
Внешняя атмосфера Солнца испускает постоянный флуктуирующий поток электронов и протонов, известный как «солнечный ветер». Однако поверхность Солнца также время от времени испускает всплески энергии, в основном протонов, в событиях солнечных частиц, которые часто связаны с солнечными вспышками.
Протоны намного тяжелее электронов и несут больше энергии, поэтому они достигают более низких высот в атмосфере Земли, возбуждая молекулы газа в воздухе. Однако эти возбужденные молекулы испускают только рентгеновские лучи, которые невидимы невооруженным глазом.
Сотни слабых событий солнечных частиц происходят каждый солнечный цикл (примерно 11 лет), но ученые обнаружили следы гораздо более сильных событий на протяжении всей истории Земли. Некоторые из самых экстремальных были в тысячи раз сильнее, чем что-либо зафиксированное современными приборами.
Экстремальные явления солнечных частиц
Эти экстремальные события солнечных частиц происходят примерно каждые несколько тысячелетий. Самое последнее из них произошло около 993 г. н. э. и было использовано для того, чтобы показать, что в зданиях викингов в Канаде использовалась древесина, срубленная в 1021 г. н. э.
Меньше озона, больше радиации
Помимо непосредственного эффекта, события солнечных частиц могут также запустить цепочку химических реакций в верхних слоях атмосферы, которые могут истощить озоновый слой. Озон поглощает вредное солнечное ультрафиолетовое излучение, которое может повредить зрение и ДНК (увеличивая риск рака кожи), а также влиять на климат.
В нашем новом исследовании мы использовали большие компьютерные модели глобальной атмосферной химии для изучения последствий экстремального события, связанного с солнечными частицами.
Мы обнаружили, что такое событие может истощить уровень озона примерно на год, повышая уровень УФ на поверхности и увеличивая повреждение ДНК. Но если солнечное протонное событие произойдет в период, когда магнитное поле Земли будет очень слабым, то повреждение озона продлится шесть лет, увеличивая уровень УФ на 25% и увеличивая скорость повреждения ДНК, вызванного солнцем, до 50%.
Взрывы частиц из прошлого
Насколько вероятна эта смертоносная комбинация слабого магнитного поля и экстремальных солнечных протонных событий? Учитывая, как часто происходит каждое из них, кажется вероятным, что они происходят вместе относительно часто.
На самом деле, эта комбинация событий может объяснить несколько загадочных явлений в прошлом Земли.
Последний период слабого магнитного поля, включая временное переключение северного и южного полюсов, начался 42 000 лет назад и продолжался около 1000 лет. Несколько крупных эволюционных событий произошли примерно в это время, такие как исчезновение последних неандертальцев в Европе и вымирание сумчатой мегафауны, включая гигантских вомбатов и кенгуру в Австралии.
Еще более масштабное эволюционное событие также было связано с геомагнитным полем Земли. Происхождение многоклеточных животных в конце эдиакарского периода (565 миллионов лет назад), зафиксированное в окаменелостях в хребте Флиндерс в Южной Австралии, произошло после 26-миллионного периода слабого или отсутствующего магнитного поля.
Аналогично, быстрая эволюция различных групп животных во время кембрийского взрыва (около 539 миллионов лет назад) также была связана с геомагнетизмом и высоким уровнем УФ-излучения. Одновременная эволюция глаз и твердых оболочек тела у нескольких неродственных групп была описана как наилучший способ как обнаружить, так и избежать вредных входящих УФ-лучей, в «бегстве от света».
Мы все еще только начинаем изучать роль солнечной активности и магнитного поля Земли в истории жизни.
Информация от: The Conversation
Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью.
