Астрофизики подсчитали вероятность того, что Земля подверглась воздействию холодных, суровых межзвездных облаков - явления, которое ранее не учитывалось в моделях геологического климата.
Около двух миллионов лет назад Земля была совсем другим местом: наши ранние предки человека жили рядом с саблезубыми тиграми, мастодонтами и огромными грызунами. И, в зависимости от того, где они находились, они могли быть холодными: Земля погрузилась в глубокую заморозку, и примерно 12 000 лет назад наступали и уходили многочисленные ледниковые периоды. Ученые предполагают, что ледниковые периоды происходят по ряду причин, включая наклон и вращение планеты, смещение тектоники плит, извержения вулканов и уровень углекислого газа в атмосфере. Но что, если подобные радикальные изменения являются результатом не только окружающей среды Земли, но и местоположения Солнца в галактике?
В новой статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, ведущий автор и астрофизик Мерав Офер — профессор астрономии Бостонского университета и научный сотрудник Гарвардского института Рэдклиффа — нашел доказательства того, что около двух миллионов лет назад Солнечная система столкнулась с межзвездным облаком, настолько плотным, что оно могло помешали солнечному ветру Солнца. Офер и соавторы считают, что это показывает, что расположение Солнца в космосе может влиять на историю Земли больше, чем считалось ранее.
Вся наша Солнечная система окружена защитным плазменным щитом, исходящим от Солнца, известным как гелиосфера. Он состоит из постоянного потока заряженных частиц, называемого солнечным ветром, который простирается далеко за пределы Плутона, окутывая планеты тем, что НАСА называет «гигантским пузырем». Он защищает нас от радиации и галактических лучей, которые могут изменить ДНК, и ученые полагают, что это одна из причин, по которой жизнь на Земле развивалась именно так. Согласно последней статье, холодное облако сжало гелиосферу таким образом, что на короткое время Земля и другие планеты Солнечной системы оказались вне влияния гелиосферы.
«Эта статья является первой, которая количественно показывает, что произошло столкновение Солнца с чем-то за пределами Солнечной системы, которое могло повлиять на климат Земли», — говорит Офер. Созданные модели буквально сформировали наше научное понимание гелиосферы и того, как пузырь структурируется солнечным ветром, сталкивающимся с межзвездной средой — пространством между звездами и за пределами гелиосферы в нашей галактике. Теория состоит в том, что гелиосфера имеет форму пухлого круассана — идея, которая потрясла сообщество космических физиков. Теперь она проливает новый свет на то, как гелиосфера и то, как Солнце движется в космосе, могут повлиять на химический состав атмосферы Земли.
«Звезды движутся, и теперь эта статья показывает, что они не только движутся, но и сталкиваются с радикальными изменениями», — говорит Офер.
Чтобы изучить это явление, Офер и коллеги, по сути, оглянулись назад во времени, используя сложные компьютерные модели, чтобы визуализировать, где располагалось Солнце два миллиона лет назад, а вместе с ним и гелиосфера, и остальная часть Солнечной системы. Они также нанесли на карту путь системы Местной ленты холодных облаков — цепочки больших, плотных и очень холодных облаков, состоящих в основном из атомов водорода. Их моделирование показало, что одно из облаков ближе к концу этой ленты, названное Местной Рысью Холодного Облака, могло столкнуться с гелиосферой.
Если бы это произошло, говорит Офер, Земля была бы полностью подвергнута воздействию межзвездной среды, где газ и пыль смешиваются с остатками атомных элементов взорвавшихся звезд, включая железо и плутоний. Обычно гелиосфера отфильтровывает большую часть этих радиоактивных частиц. Но без защиты они легко могут добраться до Земли. Согласно документу, это согласуется с геологическими данными, которые показывают повышенное содержание изотопов 60Fe (железо 60) и 244Pu (плутоний 244) в океане, на Луне, в антарктическом снеге и ледяных кернах за тот же период времени. Время также совпадает с температурными рекордами, которые указывают на период охлаждения.
«Наше космическое соседство за пределами Солнечной системы лишь в редких случаях влияет на жизнь на Земле», — говорит 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».
Офер отмечает, что внешнее давление со стороны Местной Рыси Холодного Облака могло постоянно блокировать гелиосферу на срок от пары сотен до миллиона лет – в зависимости от размера облака. «Но как только Земля отошла от холодного облака, гелиосфера поглотила все планеты, включая Землю», — говорит Офер. И так обстоит дело сегодня.
Невозможно узнать точный эффект, который холодные облака оказали на Землю — как если бы они могли спровоцировать ледниковый период. Но в межзвездной среде есть еще пара холодных облаков, с которыми Солнце, вероятно, столкнулось за миллиарды лет с момента своего рождения, говорит Офер. И, вероятно, через миллион лет или около того он наткнется на еще больше. Офер и коллеги сейчас работают над тем, чтобы проследить, где было Солнце семь миллионов лет назад и еще дальше. Точно определить местоположение Солнца миллионы лет назад, а также систему холодных облаков, можно с помощью данных, собранных миссией Gaia Европейского космического агентства, которая строит крупнейшую трехмерную карту галактики и дает беспрецедентный взгляд на нее. скорость звезд движется.
«Это облако действительно было в нашем прошлом, и, если бы мы пересекли что-то настолько массивное, мы оказались бы в межзвездной среде», — говорит Офер. Эффект пересечения путей с таким большим количеством водорода и радиоактивного материала неясен, поэтому Офер с командой из научного центра DRIVE SHIELD (Солнечный ветер с водородным ионным обменом и крупномасштабной динамикой), сейчас изучают эффект, который мог оказать влияние на Землю, а точнее на радиацию, атмосферу и климат.
«Это только начало», — говорит Офер. Ученые отмечают, что они надеются, что эта статья откроет двери для гораздо большего изучения того, как Солнечная система находилась под влиянием внешних сил в глубоком прошлом и как эти силы, в свою очередь, сформировали жизнь на нашей планете.
