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.

---

Астрономам также предстоит немало сделать, чтобы отшлифовать свой вклад в космоклиматологию, и речь идет не только о сверхновых Пояса Гулда, которыми завершилась предыдущая глава. Самое интересное начинается, когда мы задаемся вопросом: откуда вообще берутся заряженные частицы, которые разгоняются в космических ускорителях остатков сверхновых? Сейчас распространено мнение, что производство этих частиц достигает пика через сто тысяч лет после взрыва звезды.

Система наземных гамма-телескопов в Намибии, получившая название HESS[99], — очень чувствительный инструмент. С его помощью были обнаружены несколько неизвестных ранее объектов. Возможно, это газовые облака, подвергшиеся атакам космических лучей, которые были испущены остатками давней сверхновой, только сейчас вступающими в «рабочий режим». Как было объявлено в 2006 году, один яркий участок неба — яркий в гамма-лучевом смысле — лежит почти точно по направлению к центру Млечного Пути. Астрономы, работающие на HESS, полагают, что космические лучи в этом районе Галактики интенсивнее и быстрее тех, что достигают солнечных владений. Джим Хинтон из Института ядерной физики общества Макса Планка в Гейдельберге сообщил, что идентификация этого яркого объекта была лишь первым шагом:

«Конечно, мы все еще продолжаем направлять наши телескопы на центр Галактики и будем работать не покладая рук, чтобы точно определить, где находится космический ускоритель. Я уверен, что нас ждет еще много восхитительных открытий»[100].

Орбитальные рентгеновские телескопы «Чандра»[101] и «Ньютон»[102] детально исследовали близлежащие и относительно молодые остатки сверхновой. Хотя эти источники, возможно, еще не стали солидными фабриками по производству космических лучей, они уже показывают ударные волны такого типа, который предположительно разгоняет частицы до очень высоких энергий. Космические обсерватории обнаруживают рентгеновское излучение, испускаемое ускоренными электронами. В 2005 году «Чандра» представила первое убедительное свидетельство ускорения в космосе отдельных протонов и атомных ядер.

«Чандра» также устремила свой взор на остатки сверхновой Тихо Браге, вспыхнувшей на земном небе в 1572 году. Эту сверхновую отнесли к типу 1а[103], а не к тем типам массивных сверхновых, которые полагают ответственными за большую часть космических лучей в Галактике. Пусть так, однако и остатки сверхновой Тихо Браге подбросили свою загадку: астрономы «Чандры» обнаружили, что атомное вещество, выброшенное из звезды, перемещается в космосе с гораздо большей скоростью, чем это предсказывают стандартные теории. Джессика Уоррен из Рутгерского университета (штат Нью-Джерси, США) подозревает, что теории придется менять:

«Наиболее вероятное объяснение такому поведению — это то, что значительная часть энергии ударной волны, направленной наружу, уходит на разгон атомных ядер до скоростей, приближающихся к скорости света»[104].

Магнитные поля, пронизывающие Млечный Путь и направляющие космические лучи в наши пределы, должны быть точнее отмечены на карте, для того чтобы мы представляли себе, с каким потоком космических лучей придется столкнуться Земле, когда она будет проходить через спиральные рукава. Ключом к магнитному полю может служить направление колебаний радиоволн (говоря более научно, направленное колебание векторов напряженности электрического поля или напряженности магнитного поля), то есть их поляризация. Ученым, занимающимся исследованиями в этой области, поможет мощный радиотелескоп «SKA»[105]. В рамках этого глобального проекта, пока окончательно не утрясенного, на огромной площадке в Австралии или Южной Африке будет построено множество радиоантенн, совокупная площадь которых позволит улавливать самые слабые радиосигналы из космоса.

Неясным остается также вопрос о концентрации заряженных частиц в плоском диске Млечного Пути, куда Солнце ныряет и откуда выныривает каждые 32–34 миллиона лет. Движение Млечного Пути в межгалактическом пространстве вызывает ударные волны, порождающие галактические космические лучи. Порой даже высказывались предположения, что именно магнитное поле Галактики экранирует нас от многих частиц, составляющих подобного рода потоки. Если это так, то Земле должно доставаться больше высокоэнергетических космических лучей, когда Солнце поднимается выше или опускается ниже срединной плоскости диска. По мнению Свенсмарка, климатические данные свидетельствуют об обратном, потому что как раз пребывание Солнечной системы вне срединной плоскости галактического диска связано с теплыми периодами на Земле, соответствующими низкому уровню космических лучей.

Приключения Солнца и Земли в их путешествии по Млечному Пути говорят нам о том, что бывают разные ситуации, влияющие на приток космических лучей и, соответственно, на климат Земли. Однако наши представления о том, что делали наши соседи-звезды и вся Галактика в далеком прошлом, все еще очень поверхностны.

Каждый раз, когда Солнце входит в относительно плотное облако межзвездного газа во время своего путешествия по Галактике, происходит сжатие гелиосферы и содержащегося в ней солнечного магнитного поля. Эта картина заставляет предположить, что, проходя через такое облако, Земля подвергается атаке большого количества заряженных частиц, и подтверждение этому находится в виде бериллия-10, попавшего в гренландский и антарктический льды приблизительно 60 тысяч и 33 тысячи лет назад. Столкновения с «Местным пухом» — небольшими плотными газовыми облаками в той области Местного межзвездного облака, по которой Солнечная система летит в настоящее время, — могут уменьшить гелиосферу на четверть ее сегодняшнего диаметра и удвоить интенсивность галактических космических лучей.

Присцилла Фриш из Чикагского университета рассмотрела воздействие газовых облаков на космическую среду, окружающую Землю, и на то, что она назвала «галактической погодой». Сегодня Солнце находится в той области, где межзвездный газ необычайно разрежен. В принципе, реконструкции прошлых столкновений Солнечной системы с газовыми облаками должны бы стать частью общего анализа истории космических лучей в масштабе геологического времени, но, если говорить о практической стороне дела, события, произошедшие более миллиона лет назад, могут быть недоступны для научного поиска. Что же касается будущего, то новые прохождения Солнечной системы через «Местный пух» весьма вероятны. Однако, изучив карту Галактики, Фриш пришла к утешительному выводу: «Траектория Солнца позволяет предположить, что Солнечная система, возможно, не столкнется с большим плотным облаком по меньшей мере еще несколько миллионов лет»[106].

Если говорить о вкладе астрономии в космоклиматологию, то самый важный из намечающихся проектов — это европейский спутник «Гайя»[107], который станет преемником «ГИППАРКОСа», уже составившего карту звездного неба с небывалой доселе точностью. «ГИППАРКОС» скрупулезно измерил расстояния до звезд и тем самым дал астрономам возможность уточнить их возраст, благодаря чему ученые узнали о всплесках звездной рождаемости, а эти «детские бумы», как выяснилось, непосредственно связаны с чрезвычайно холодными периодами «Земли-снежка». Тем не менее «ГИППАРКОС» охватил не так много звезд («всего» миллион), и в его измерениях присутствуют неточности, а это означает, что история звездообразования все еще неполна. Более того, пока нам доступна для анализа лишь та «провинция» Млечного Пути, где находится наша Солнечная система, а это небольшая область диска, сильно удаленная от центра Галактики.

Будучи выведена на орбиту, «Гайя» превзойдет «ГИППАРКОС» в точности и масштабе исследования звезд. Международная команда ученых, собравшаяся в проекте «Гайя», намеревается поведать миру всю историю формирования звезд в Млечном Пути за десять с лишним миллиардов лет его существования — и в центральной перемычке, и в различных кольцах диска, и в звездном гало. Только тогда можно будет получить ясный ответ на вопрос: был ли процесс образования звезд относительно ровным и непрерывным, или же он представлял собой крайне хаотичную цепочку случайных эпизодов? Чем более эпизодичным будет представляться этот процесс, тем шире будет поле поиска тех эффектов, которые мощные потоки космических лучей производят на Земле.

Наградой за долгое ожидание станет для нас более детальное представление о спиральных рукавах. «ГИППАРКОС» составил очень неплохую карту локального рукава Ориона, где сейчас находится Солнце. «Гайя» же отметит все главные рукава на ближайшей к нам стороне Галактики и определит местоположение новорожденных звезд, которые их населяют. Высокоточные измерения дадут наконец ответ на вопросы: с какой скоростью спирали обращаются вокруг галактического центра и что представляет собой орбита Солнца — круг или эллипс. Тогда мы сможем вернее рассчитать, когда Солнце и его планеты посещали спиральные рукава и испытывали на себе воздействие космических лучей, повинных в ледниковых периодах геологического времени.