Майское небо этого года украшало завораживающее северное сияние – наглядное напоминание о мощи солнечных бурь. Но иногда Солнце преподносит куда более разрушительные сюрпризы.
Речь идет о “солнечных протонных событиях”, когда потоки протонов, словно луч гигантского прожектора, вырываются с поверхности Солнца прямиком в космос. Согласно исследованиям, примерно раз в тысячелетие Земля попадает под удар экстремального протонного события, способного нанести серьезный урон озоновому слою и увеличить уровень ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхности планеты. В своей статье мы проанализировали последствия такого экстремального события. Результаты показали, что в периоды ослабления магнитного поля Земли подобные события могут оказать катастрофическое воздействие на жизнь на планете.
Содержание
Магнитный щит Земли: хрупкая защита
Магнитное поле Земли – это жизненно важный защитный кокон, отражающий заряженные частицы солнечного излучения. В обычном состоянии оно функционирует как гигантский магнит, силовые линии которого выходят из одного полюса, огибают Землю и входят в другой. Вертикальная ориентация линий у полюсов позволяет некоторому количеству космических лучей проникать в верхние слои атмосферы, где они взаимодействуют с молекулами газа, создавая свечение, известное нам как северное сияние.
Однако магнитное поле непостоянно и значительно меняется с течением времени. За последнее столетие северный магнитный полюс сместился по территории Канады на расстояние около 40 километров, а напряженность поля уменьшилась более чем на 6%. Геологические данные свидетельствуют о том, что в истории Земли были периоды, длившиеся столетия и даже тысячелетия, когда геомагнитное поле было очень слабым или вовсе отсутствовало.
Чтобы понять, что происходит без магнитного поля, достаточно взглянуть на Марс, который потерял свое глобальное магнитное поле в далеком прошлом, а вместе с ним и большую часть атмосферы. В мае, вскоре после красочного шоу на Земле, мощное солнечное протонное событие обрушилось на Марс. Это привело к сбоям в работе космического аппарата Mars Odyssey и повысило уровень радиации на поверхности Красной планеты в 30 раз по сравнению с дозой, получаемой при рентгене грудной клетки.
Протоны: маленькие частицы с огромной энергией
Внешняя атмосфера Солнца постоянно испускает поток электронов и протонов, известный как “солнечный ветер”. Однако время от времени на поверхности Солнца происходят вспышки энергии, в основном протонные, которые выбрасываются в космос в виде солнечных протонных событий, часто сопровождающих солнечные вспышки. Протоны намного тяжелее электронов и несут больше энергии, поэтому они проникают глубже в атмосферу Земли, возбуждая молекулы газа в воздухе. Однако эти возбужденные молекулы испускают только рентгеновские лучи, невидимые невооруженным глазом.
Солнечные суперштормы: редкие, но катастрофические
Ежегодно в течение 11-летнего солнечного цикла происходит сотни слабых солнечных протонных событий. Однако ученые обнаружили следы гораздо более сильных событий, происходивших на протяжении всей истории Земли. Некоторые из них были в тысячи раз мощнее, чем те, что регистрировались современными приборами.
Экстремальные солнечные протонные события происходят примерно раз в несколько тысяч лет. Последнее из них случилось около 993 года нашей эры. Именно благодаря ему удалось установить, что для строительства поселений викингов в Канаде использовалась древесина, срубленная в 1021 году.
Меньше озона, больше радиации: последствия для жизни
Помимо непосредственного воздействия, солнечные протонные события могут запускать цепочку химических реакций в верхних слоях атмосферы, приводящих к разрушению озона. Озон поглощает вредное солнечное УФ-излучение, которое может повреждать зрение, ДНК (увеличивая риск рака кожи), а также влиять на климат. В своем исследовании мы использовали масштабные компьютерные модели глобальной химии атмосферы, чтобы изучить последствия экстремального солнечного протонного события. Мы обнаружили, что такое событие может привести к истощению озонового слоя в течение года или более, повышению уровня УФ-излучения на поверхности Земли и увеличению числа повреждений ДНК.
Но если бы солнечное протонное событие произошло в период, когда магнитное поле Земли было очень слабым, то разрушение озонового слоя продолжалось бы шесть лет, уровень УФ-излучения вырос бы на 25%, а частота повреждений ДНК, вызванных солнечной радиацией, увеличилась бы на 50%.
Прошлое хранит следы солнечных катастроф
Насколько вероятно такое опасное совпадение слабого магнитного поля и экстремального солнечного протонного события? Учитывая частоту, с которой происходит каждое из них, представляется вероятным, что они случаются вместе относительно часто. Фактически, эта комбинация событий может объяснить несколько загадочных явлений в прошлом Земли.
Последний период слабого магнитного поля, включавший временную смену магнитных полюсов, начался 42 000 лет назад и длился около 1000 лет. В это время произошло несколько важных эволюционных событий, таких как исчезновение последних неандертальцев в Европе и вымирание сумчатой мегафауны, включая гигантских вомбатов и кенгуру в Австралии. Еще одно, еще более масштабное эволюционное событие также связывают с геомагнитным полем Земли. Появление многоклеточных организмов в конце эдиакарского периода (565 миллионов лет назад), зафиксированное в окаменелостях в австралийских хребтах Флиндерс, произошло после 26-миллионного периода слабого или отсутствующего магнитного поля.
Аналогичным образом быстрое развитие разнообразных групп животных во время кембрийского взрыва (около 539 миллионов лет назад) также связывают с геомагнетизмом и высоким уровнем УФ-излучения. Одновременная эволюция глаз и твердых панцирей у нескольких неродственных групп была описана как наилучшее средство обнаружения и защиты от вредного УФ-излучения.
Мы только начинаем понимать роль солнечной активности и магнитного поля Земли в истории жизни. И кто знает, какие еще тайны хранит наше светило?
Алан Купер, заслуженный профессор Университета Чарльза Стерта, Австралия.
Читайте также: Биолог утверждает, что Солнце может обладать сознанием
