Ученые исследуют Землю и небо в поисках разгадки климатической истории нашей планеты. Мощные и продолжительные извержения вулканов могут изменить климат на длительные периоды времени, а излучение Солнца может изменить климат Земли на миллионы лет.
А как насчет межзвездных водородных облаков? Могут ли эти области газа и пыли изменить климат Земли, когда планета столкнется с ними?
Межзвездные облака не все одинаковы. Некоторые из них диффузные, а некоторые гораздо более плотные. Новое исследование Nature Astronomy показывает, что наша Солнечная система могла пройти через одно из плотных облаков два или три миллиона лет назад. Этот эффект мог изменить химический состав атмосферы Земли, повлияв на образование облаков и климат.
Исследование звучит так: «Возможное прямое воздействие на Землю холодной плотной межзвездной среды 2–3 млн лет назад». Ведущий автор — Мерав Офер из Института перспективных исследований Рэдклиффа Гарвардского университета и факультета астрономии Бостонского университета.
«Наши результаты открывают новое окно во взаимосвязи между эволюцией жизни на Земле и нашим космическим соседством».
Ави Леб, соавтор Института теории и вычислений Гарвардского университета
Солнце движется через большую полость в межзвездной среде (МЗС), называемую Местным пузырем. Внутри LB солнечная энергия Солнца создает кокон, называемый гелиосферой. Он защищает Солнечную систему от космического излучения.
Внутри LB есть нечто большее, чем просто Солнце. Он также содержит другие звезды и Местное межзвездное облако (LIC). Солнце прошло через ЛИК и покинет его через несколько тысяч лет. ЛИК не очень плотный.
Но за последние несколько миллионов лет, когда Солнце пересекало Местный пузырь, оно столкнулось с облаками, которые намного плотнее, чем LIC. Исследователи изучили влияние этих столкновений на способность Солнца создавать кокон для Солнечной системы и какое влияние это оказало на Землю.
«Звезды движутся, и теперь эта статья показывает, что они не только движутся, но и сталкиваются с радикальными изменениями».
Мерав Офер, профессор астрономии Колледжа искусств и наук Университета Буша
«Здесь мы показываем, что в межзвездной среде, которую Солнце прошло за последние пару миллионов лет, есть холодные, компактные облака, которые могли радикально повлиять на гелиосферу. Мы исследуем сценарий, согласно которому Солнечная система прошла через облако холодного газа несколько миллионов лет назад», — пишут Офер и ее коллеги.
Большая часть того, через что проходит Солнце, представляет собой тонкую межзвездную среду. Солнце постоянно движется через тонкую межзвездную среду, но безрезультатно. «Эти облака многочисленны вокруг Солнца, но имеют слишком низкую плотность, чтобы сжимать гелиосферу на расстояния
Однако более плотные облака в ISM достаточно плотны, чтобы существенно повлиять на защитную гелиосферу. «МЗС в окрестностях Солнечной системы также содержит несколько редких, плотных, холодных облаков, которые называются Местной лентой холодных облаков», — пишут они.
Одно из облаков на этой ленте называется Местным холодным облаком Льва (LLCC). Это одно из самых больших облаков в ленте, и астрономы его тщательно изучили. Они знают его плотность и температуру. Исследователи не уделяли столько внимания другим облакам на ленте, но ожидают, что они будут похожими.
Авторы этой статьи говорят, что существует небольшая вероятность, около 1,3%, того, что Солнце прошло через хвост LLCC. «Мы называем эту часть Местной рысью холодных облаков (LxCCs). LxCC составляют почти половину всей массы LRCC и более массивны, чем более хорошо изученный LLCC», — пишут они.
В прошлом возникали вопросы о природе этих облаков. «Обратите внимание, что эти облака являются аномальными и необъяснимыми структурами в МЗС, а их происхождение и физика недостаточно изучены», — пишут авторы. Их работа основана на предположении, что они существенно не изменились за 2 миллиона лет, прошедших с момента предполагаемого столкновения. «Мы предположили, что эти облака не претерпели каких-либо существенных изменений за последние 2~млн лет, хотя будущие работы могут дать больше информации об их эволюции».
Исследователи использовали моделирование для изучения влияния плотного облака на гелиосферу и, как следствие, на нашу планету. Они говорят, что плотность водорода в облаке оттолкнула Солнце, сжимая гелиосферу, меньшую, чем орбита Земли вокруг Солнца. Это привело к контакту Солнца и Луны с плотным и холодным ISM. «Такое событие могло оказать существенное влияние на климат Земли», — объясняют они.
Встреча подтверждается наличием радиоизотопа. 60Фе на Земле. 60Fe преимущественно производится в сверхновых и имеет период полураспада 2,6 миллиона лет. Предыдущие исследования связали 60Fe в результате взрыва сверхновой, в результате которого она закрепилась в пылинках и затем была доставлена на Землю. Он также присутствует на Луне. 244Pu был доставлен в то же время, также в выбросах сверхновых.
Хотя существует большая неопределенность, исследователи говорят, что осаждение 60Fe на Земле совпадает с гипотетическим прохождением нашей Солнечной системы через плотное облако, которое сжало защитную гелиосферу, позволяя изотопам достичь Земли. «Предлагаемый нами сценарий согласуется с геологическими данными из 60Фе и 244Изотопы плутония, которые Земля находилась в прямом контакте с МЗС в тот период», — пишут они.
Но если сверхновая доставила радиоизотопы, она должна была быть довольно близко, а другие данные не учитывают источник сверхновой. «Близкий взрыв сверхновой противоречит недавней модели формирования Локального пузыря», — объясняют авторы. «Сценарий не требует поглощения 60Фе и 244Pu в частицы пыли, которые доставляют их конкретно на Землю, как в случае с близлежащими взрывами сверхновых».
В основе этой проблемы лежит вопрос: как это повлияло на Землю?
Углубленное изучение последствий выходит за рамки данного исследования. Команда прокомментировала некоторые возможности, одновременно предупредив, что по этому вопросу было проведено очень мало исследований.
«Очень немногие работы количественно исследовали климатические эффекты таких столкновений в контексте встреч с плотными гигантскими молекулярными облаками. Некоторые утверждают, что такая высокая плотность приведет к истощению озона в средней атмосфере (50–100 км) и, в конечном итоге, к охлаждению Земли», — пишут они.
Это большой скачок, но некоторые исследования показывают, что это похолодание могло способствовать возникновению нашего вида. «Гипотеза заключается в том, что появление нашего вида, Homo sapiens, было обусловлено необходимостью адаптироваться к изменению климата. С сжатием гелиосферы Земля подверглась прямому воздействию МЗС», — пишут они.
В своем заключении они напоминают нам, что вероятность того, что эта встреча имела место, невелика. Но не ноль.
«Звезды движутся, и теперь эта статья показывает, что они не только движутся, но и сталкиваются с радикальными изменениями», — сказал Офер, профессор астрономии Колледжа искусств и наук Университетского университета и член университетского Центра космической физики.
«Хотя совпадение прошлого движения Солнца с этими редкими облаками действительно примечательно, турбулентная природа МЗС и небольшой текущий угловой размер этих облаков означают, что эллипс ошибок прошлого местоположения намного больше, чем у облаков, и, в отсутствие каких-либо других информации, вероятность их встречи оценивается как низкая», — пишут они в заключении. Более глубокое изучение этого вопроса — дело будущей работы.
Даже если эта конкретная встреча, возможно, не произошла, исследование все равно увлекательно. Похоже, к нам привело ошеломляющее количество переменных, и нетрудно представить, что прохождение сквозь плотные облака в ISM сыграло какую-то роль в какой-то момент.
«Наше космическое соседство за пределами Солнечной системы лишь в редких случаях влияет на жизнь на Земле», — сказал Ави Леб, директор Института теории и вычислений Гарвардского университета и соавтор статьи. «Приятно обнаружить, что наш проход через плотные облака несколько миллионов лет назад мог подвергнуть Землю воздействию гораздо большего потока космических лучей и атомов водорода. Наши результаты открывают новое окно во взаимосвязи между эволюцией жизни на Земле и нашим космическим соседством».
«Мы надеемся, что наша нынешняя работа будет стимулировать будущие работы, подробно описывающие климатические эффекты из-за встречи гелиосферы с LRCC и возможные последствия для эволюции на Земле», — заключают авторы.
