Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата

• Название: Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
• Автор: Хенрик Свенсмарк
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-91678-093-2

Как образуются облака? Оказывается, «виновники» этого процесса — космические лучи. А от облачного покрова зависит температура нашей планеты. Больше космических лучей — на Земле холоднее. Потоки заряженных частиц из космоса уменьшаются — планета теплеет. Так все просто? Нет, конечно же, не просто; картина куда более сложная и… захватывающая!

В своей книге, впервые выходящей на русском языке, датский физик Хенрик Свенсмарк и английский писатель, популяризатор науки Найджел Колдер объясняют, каким образом наше родное Солнце и далекие галактики участвуют в формировании погоды над нашими головами.

---

Пояс Гулда выгодно отличается от других групп звезд, потому что он расположен под углом к основному диску Галактики. Дальнейшая работа ИНТЕГРАЛа позволит уловить достаточно гамма-лучей, чтобы точно определить те области Пояса Гулда, где повышена концентрация алюминия-26 и других элементов, — такие области должны соответствовать остаткам сверхновых, которые не распознаются иными методами. Затем можно будет определить соотношение разных радиоактивных элементов и, таким образом, установить, как давно произошли взрывы.

Третий способ определения возраста сверхновых связан с нейтронными звездами. Нейтронные звезды — это сильно сжатые остатки ядер взорвавшихся массивных звезд. Их открыли в конце 1960-х благодаря тому, что для этих объектов характерно особое пульсирующее радиоизлучение (почему их и назвали радиопульсарами). С тех пор обнаружено более тысячи нейтронных звезд. Однако большинство этих скрытных особ звездного неба, возможно, молчаливы в радиодиапазоне, зато их можно распознать как пульсирующие источники рентгеновских и гамма-лучей.

Первым образцом такой радиомолчаливой нейтронной звезды стала Геминга, обнаруженная в 1973 году как яркий источник гамма-излучения в созвездии Близнецов. Ее отделяют от нас 500 световых лет, а несется она сквозь Галактику на огромной скорости. Геминга могла остаться от сверхновой, взорвавшейся около трехсот тысяч лет назад в созвездии Ориона — на расстоянии 1300 световых лет. В 1990-е годы спутник «Комптон» зарегистрировал двадцать неопознанных точечных источников гамма-лучей в Поясе Гулда, и среди них могли быть нейтронные звезды. Более точные результаты следует ожидать от спутника НАСА ГЛАСТ[94], выведенного на орбиту в 2008 году.

Поднять исследовательский дух могут два любопытных небесных объекта, которые служат весьма необычным доказательством существования сверхновой интересующего нас возраста. Если взрывается гигантская звезда, имеющая звезду-компаньона, кружащую по орбите вокруг нее, то выживший компаньон убегает со сцены, иногда даже с очень большой скоростью. Одного такого дезертира мы можем видеть сейчас невооруженным глазом в созвездии Змееносца. Это массивная голубая звезда Хан, или Дзета Змееносца. Линию полета дезертира можно проследить в обратном направлении до пересечения с траекторией другого беглеца — это уже нейтронная звезда: пульсар J1932. Оба происходят из подгруппы ассоциации Скорпион ОВ2 в Поясе Гулда. Так и видится картина: сверхновая выбрасывает из своего чрева нейтронную звезду, а компаньон Хан тут же уносится прочь, подобно камню, выпущенному из пращи. Ученые из Лейденской обсерватории в Нидерландах сделали необходимые расчеты и утверждают, что взрыв этой сверхновой произошел примерно миллион лет назад.

На этой условной карте, нарисованной голландскими астрономами, запечатлена ситуация, сложившаяся в Поясе Гулда миллион лет назад после взрыва сверхновой. Придя в ужас от коллапса, в бегство пустились две звезды — пульсар J1932, невероятно уплотненное ядро взорвавшейся звезды, и бывший массивный спутник звезды, ставшей сверхновой, — Дзета Змееносца, известная также как звезда Хан. (По данным Ронни Хогерверфа, Йоса де Брёйне и Питера Тима де Зеу, Лейденская обсерватория)

Может быть, со временем конкретные эпизоды похолоданий будет проще связать с увеличением заряженных частиц, извергнутых во время звездных взрывов. Как астроном, много лет изучающий гамма-лучи и пытающийся отыскать следы сверхновой, Роланд Диль размышляет об их значении для биосферы:

«Биологи говорят об экологических возмущениях, имея в виду то воздействие, которое ураганы, извержения вулканов и прочие стихийные бедствия оказывают на разнообразие форм жизни. Широко обсуждаются столкновения Земли с кометами и астероидами. Однако надо полагать, космические возмущения звездного происхождения тоже частенько играли определенную роль в истории Земли. Каков был эффект таких возмущений — это надо еще изучать. Увязать астрономию звездного окружения Солнечной системы с геологией и палеонтологией — трудная работа, но мы уже начали этот путь»[95].

Мало научных исследований имеют столь же сильную мотивацию: ведь ученые обещают пролить свет на те космические обстоятельства, которые способствовали появлению человека. С 1946 года, когда Фред Хойл в Кембридже призвал по-новому взглянуть на происхождение химических элементов, стало уже общим местом говорить, что мы произошли из звездной пыли. За исключением изначального, первородного водорода, каждый химический элемент в человеческом теле порожден той или иной звездой. Возможно, пришла пора нового осмысления нашей истории — истории, в которой мы, как разумные создания, обязаны своим существованием свету, более не сияющему в небесах. Неужели мы — дети сверхновых из Пояса Гулда, изменивших наш климат?

Ожерелье новых знаний

В этой главе мы побывали на морском дне близ берегов Африки и посмотрели на звезды Южного Креста. Среди экспонатов этой главы — заточенные каменные ножи и беглецы-пульсары. Предыдущие главы провели нас по оледеневшему перевалу Швейцарских Альп, по магнитной империи Солнца, по теперь уже удаленным спиральным рукавам Млечного Пути и соседним галактикам, все еще беспокоящим наш звездный мир. Мы спустились с вами и на уровень атомов, и лабораторный эксперимент раскрыл нам химические тайны обычных облаков. То, что мы предложили вам, — это ожерелье новых знаний, нанизанных на нитку космических лучей.

В течение девятнадцатого и двадцатого веков научные изыскания, нацеленные на то, чтобы понять, как же устроена природа, раскололись на множество узких специализаций. Таблички на дверях лабораторий с надписями «Антропология», «Астрофизика» или «Атмосферная химия» — это притязания на независимость. Ученым, придерживающимся традиционных взглядов, широкомасштабные исследования, описанные в этой книге, скорее покажутся смехотворными. И каким же образом, — спросят эти ученые, — маленькая группка людей, вовлеченных в эту работу, надеется внести сколь-нибудь заметный вклад в столь большое количество областей специализированных знаний? Наш ответ будет таков: когда учителя разделили содержание науки на легкоуправляемые и, казалось бы, самодостаточные предметы, они слишком мало знали о связях, созданных природой.

С каждым разом, с каждым шагом вперед независимость специализированных областей оказывается иллюзией. В двадцатом веке химия была вынуждена слиться с квантовой физикой, биология — с кристаллографией, геология — с исследованием планет, лун, астероидов и комет. Естествоиспытатели из поколения наших прадедушек сильно удивились бы, узнав о межнаучных связях, которые в наши дни стали уже привычными и проявляются даже в названиях научных дисциплин — таких как астрохимия, молекулярная экология или физика мозга. Исследователи, работающие на переднем крае науки, ныне понимают, что им пора перестать вести себя подобно членам эксклюзивных клубов и начать обмениваться имеющимися у них информацией и идеями. Криминалистика прошла путь от ручных луп и сравнения отпечатков пальцев до использования телекамер наблюдения и анализа ДНК. Так же и те, кто пытается отворить еще не открытые двери природы, должны соединить на своей связке ключи самого разного типа.

Начав с относительно простого утверждения, подкрепленного спутниковыми данными, о том, что космические лучи могут влиять на облачность, Свенсмарк волей-неволей втянулся в разработку новых тем: от физической химии рождающейся в небе серной кислоты до развития Галактики и от аномальной температуры в Антарктике до вечно меняющейся продуктивности биосферы. Ожерелье из космических лучей, облаков и климата почти готово, однако на нитке еще много места для других жемчужин. Изучение уже сделанных открытий и обоснование необходимых выводов могли бы обеспечить работой десятки научных руководителей и аспирантов. Некоторые из таких возможностей будут обрисованы в последней главе.

8. Программа действий для климатологии

Космические лучи высоких энергий объясняют многие детали рассказанной истории.

Нам нужно яснее представлять себе, что происходило с нашей Галактикой.

Хроника климата Земли тоже требует уточнений.

Наша зависимость от Солнца побуждает нас активнее искать внеземную жизнь.

Климатология должна не вещать и не провозвещать, а приносить пользу.

Летом 2006 года Свенсмарк с помощью своего сына Якоба продолжил вычисления параметров, описывающих судьбу космических лучей в земной атмосфере. Немецкая программа «КОРСИКА» помогла им с большой точностью рассчитать, что ослабление магнитного поля Земли не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на климат. Как уже было объяснено во второй главе, космические лучи, рождающие те мюоны, которые проникают в нижние слои атмосферы, обладают столь высокими энергиями, что практически «не замечают» никаких изменений в магнитном поле Земли. Если земной магнетизм и влияет на потоки мюонов, то лишь в пределах 3 процентов от общего количества этих частиц, рожденных космическими лучами.