Американские ученые установили, что около двух миллионов лет назад Солнечная система поглотила хвост облака холодного межзвездного газа. Это привело к существенному уменьшению гелиосферы, что позволило галактическим лучам беспрепятственно воздействовать на все планеты системы. Подобное воздействие, вероятно, спровоцировало значительные изменения климата.
В галактиках присутствуют как области с пониженной плотностью газа и пыли, так и холодные межзвездные облака. Эти области заполнены холодным веществом, где частота столкновений атомов или частиц плазмы может быть на несколько порядков выше, чем в окрестностях Солнечной системы в настоящее время. Она расположена в Местном межзвездном облаке, которое не является холодным и, как следствие, характеризуется крайне низкой плотностью вещества в межзвездном пространстве. Теперь группа американских ученых проанализировала траекторию Солнечной системы за последние миллионы лет и установила, что в недавнем прошлом наши предки могли пройти через одно из таких холодных и плотных облаков. Их работа об этом опубликована в Nature Astronomy.
Определение границ многих межзвездных облаков представляет собой непростую задачу, поскольку они установлены лишь приблизительно, с погрешностями, достигающими десятков световых лет. На траекторию движения Солнца также оказывает влияние гравитационное поле объектов, рядом с которыми оно проходит, что со временем приводит к ее изменению. Однако, после детального анализа данных исследования HI4PI, ученые сделали вывод о том, что около двух миллионов лет назад наша система, вероятно, пересекла «хвост» одного из таких холодных облаков, который и сегодня расположен относительно недалеко от Солнечной системы.
В дальнейшем ученые провели моделирование последствий взаимодействия гелиосферы с подобным скоплением вещества. Гелиосфера – это область, имеющая форму, близкую к сфере, которая окружает Солнце и в которой плазма солнечного ветра распространяется от звезды со скоростью, превышающей скорость звука. Именно на эту плазму приходится приблизительно половина космического излучения, присутствующего в космосе внутри Солнечной системы.
Обычно энергия солнечного ветра невысока, поэтому его частицы практически всегда удерживаются магнитным полем Земли и её атмосферой. Вместе с тем, гелиосфера отклоняет частицы галактических космических лучей, которые, как правило, обладают большей энергией, чем частицы солнечного ветра.
Согласно расчетам, представленным в научной работе, сжатие гелиосферы около двух миллионов лет назад повлекло за собой значительное повышение уровня радиации в тех областях системы, где она больше не обеспечивала защиту. В настоящее время радиус гелиосферы составляет приблизительно 130 астрономических единиц (одна астрономическая единица соответствует расстоянию от Земли до Солнца). Около двух миллионов лет назад гелиосфера временно уменьшилась до 0,22 астрономической единицы, однако точную продолжительность этого периода установить сложно, но она составляла не менее сотен лет.
Даже Меркурий, не говоря уже о Венере, Земле и Луне, подвергся воздействию космического излучения, интенсивность которого была в два-три раза выше современной. Естественный радиационный фон на поверхности Земли мог быть ещё более высоким, поскольку галактические частицы хуже задерживаются атмосферой и магнитным полем.
Повышение радиационного фона само по себе не представляет угрозы для здоровья. Более того, существует ряд научных исследований указывают, умеренное, продолжительное облучение (в отличие от кратковременной высокой дозы) может увеличивать продолжительность жизни у животных и уменьшать риск развития раковых заболеваний и врожденных дефектов у людей. Тем не менее, выяснить точные последствия радиационного воздействия на живые организмы два миллиона лет назад представляет собой сложную задачу.
Исследователи провели проверку соответствия своих расчетов данным, полученным геологами. Результаты показали, что в ледяных кернах и ряде других образцах зафиксирован пик концентрации железа-60 (с периодом полураспада 2,6 миллиона лет) и плутония-244 (с периодом полураспада 80,7 миллиона лет) в период с 1,7 по 3,2 миллиона лет назад. Примечательно, что аналогичный всплеск был обнаружен и в образцах лунного грунта. Предполагается, что эти элементы могли поступить не только из холодного межзвездного облака, а и из других источников. Железо-60, например, формируется в процессе взрывов сверхновых, а плутоний-244 – при слиянии нейтронных звезд (так называемый r-процесс).
Взрыв сверхновой, который стал бы источником значительного количества железа-60, в целом должен спровоцировать массовое вымирание, однако палеонтологи не обнаружили свидетельств подобного события. Слияние нейтронных звезд, расположенных неподалеку, может быть не столь разрушительным, но внутри галактического диска, где находится наша Солнечная система, это явление происходит нечасто. Исходя из этого, кажется, что первоначально представляющиеся сомнительными выводы авторов о холодном межзвездном облаке, вероятно, соответствуют действительности. В нем зафиксирована повышенная концентрация подобных изотопов, и, что самое важное, оно способно сжать гелиосферу, что позволит обоим изотопам в достаточном количестве достичь планет и спутников Солнечной системы.
По мнению исследователей, подобное прохождение через облако оказало бы значительное влияние на климат Земли. Согласно ряду предыдущих исследований, усиление такого излучения приводит к уменьшению толщины озонового слоя – в достаточной степени, чтобы снизить среднюю температуру планеты. Поскольку она обращается вокруг звезды класса G, разовое и продолжительное понижение температур активирует систему обратных связей, вызывающих долгосрочное похолодание. Это связано с увеличением площади ледниковых покровов, которые дополнительно охлаждают Землю за счет отражения солнечного света в космическое пространство).
Примерно два миллиона лет назад на Земле началась продолжительная эпоха оледенений, что привело к значительному понижению средних температур. До этого момента, в течение как минимум двух миллионов лет, температура стабильно оставалась не ниже плюс 17 градусов Цельсия. К аналогичный уровень температуры прогнозируется в глубокой перспективе, в XXII веке, вследствие глобального потепления. А в течение последних десяти тысяч лет, предшествующих антропогенному потеплению, температура колебалась около отметки плюс 14 градусов.
Ледниковые периоды значительно ухудшили условия обитания в Африке, являющейся прародиной человечества. Так, около 20 тысяч лет назад, в период максимального оледенения, река Нил эпизодически пересыхала, а пустыни покрывали более половины территории Черного континента. По мнению ряда исследователей, эти перепады температур стали причиной ускоренной эволюции человека в Африке и миграции, по меньшей мере, двух видов Homo. Согласно новым исследованиям, причиной указанных событий могло оказаться воздействие небесного тела, расположенного за пределами Солнечной системы.