• ООО «АВЕРС-ИНВЕСТ»
  • 8 (843) 216-16-14
  • г. Казань, ул. Петербургская, д. 42
Связаться с нами

Сильнее Солнца-2

29.06.2022

Сильнее Солнца-2

«Прогулка» Солнца по Млечному Пути и ледниковые периоды.

Мы уже знаем, что «переменная» активность (11-летняя, вековая и проч.) Солнца вызывает колебания интенсивности космических лучей, достигающих нашей планеты. Но «плотность» самих лучей за пределами Солнечной системы полагали постоянной. А это справедливо лишь для таких «коротких» периодов времени, как сто лет, как тысяча или несколько тысяч лет. Но несправедливо для геологических эпох в миллионы и сотни миллионов лет. А всё потому, что «приток» космических лучей зависит не только от состояния Солнца, но и от его («нашего») местоположения в Галактике: где-то в Галактике с лучами «густо», а где-то «пусто». Дело в том, что наше Солнце, за компанию с Землей и всем остальным своим «семейством», путешествует среди звезд по своей орбите вокруг центра нашей галактики — Млечного Пути. Иногда оно (Солнце) оказывается в «тёмных» её областях, где яркие, горячие, «взрывные» звезды довольно редки (а именно взрывы сверхновых звезд являются основным источником космических лучей). Там относительно мало космических лучей, и тогда климат на Земле становится тёплым. Геологи называют такие периоды межледниковьем. В другие периоды, когда звёздный свет и космические лучи интенсивны, мир наш входит в суровую ледниковую эпоху, и тогда основную часть пейзажа составляют ледники и снежные покровы. Найденная связь между космическими лучами и климатом заставила ученых задуматься о том, что, возможно, изменения космической радиации воздействуют и на очень длинный цикл наступления холодов на Земле, составляющий миллионы лет. Астрофизики из института физики в Иерусалиме Шавив и Вейзер сравнили величину космических лучей с климатом Земли на протяжении последних 500 миллионов лет, и нашли на удивление сильную корреляцию. Каждый раз, когда интенсивность космических лучей увеличивается, климат становится холодней, а когда уменьшается, климат становится теплее.

Рассмотрим пример из «недавнего» прошлого.

70 миллионов лет назад, когда миром ещё правили динозавры, на нашей планете было так тепло, что на полюсах не было льда, а динозавры обитали даже в Антарктиде. Уровень моря был тогда очень высоким. Слои карбоната кальция (мела) на дне океана предоставляли убежище миллиардам микроскопических водорослей и постепенно нарастали, когда их обитатели погибали. В Балтийском регионе эти накопления образовали отложения мела стометровой толщины. И по всей планете мел также накапливался в широчайших масштабах, отчего этот геологический период и получил название мелового. Не очень далеко от острова Мён, в южной Англии, огромный пласт мела позднее вздыбился, и морские ветры и волны вылепили из него Белые скалы Дувра. Там и по сей день слои мела сложены так же аккуратно, как и раньше, когда они много миллионов лет назад лежали на морском дне.

50 миллионов лет назад температуры заметно упали. А 30 миллионов лет назад долговечные льды уже обосновались в Антарктиде. Но «по-настоящему» холодные условия наступили 2.75 миллиона лет назад, и мы до сих пор живем в «леднике», где ледовые поля и снежные покровы составляют неотделимую часть пейзажа. Специалисты по‑разному пытаются объяснить эту поразительную перемену в климате. Одни считали, что виной всему были географические изменения: континенты, «как обычно», двигались-перемещались по земному шару, и Австралия отделилась от Антарктиды, оставив её в одиночестве на Южном полюсе. Это одиночество усугубило Антарктическое круговое течение, отрезавшее Южный континент от тёплых океанских потоков, и Антарктика стала идеальным местом для накопления ледяных запасов. Но вот астрофизик Нир Шавив предложил совершенно иное объяснение такого «переключения» с тёплого периода, благоприятного для накопления мела, на холодный, безжалостно это накопление разрушивший. По мнению этого ученого, ответ на загадку следует искать в «устройстве» нашей галактики — Млечного Пути, в её рукавах. И главным образом, утверждает он, в той очень светлой области галактики, которая называется рукавом Стрельца – Киля, и которая хорошо заметна в Южном полушарии зимними вечерами. Около 60 миллионов лет назад Солнце в компании Земли и остальных планет «посетило» эту область – тогда, как, впрочем, и сейчас, она была населена яркими, но недолговечными звездами. Солнечная система пришла с дальней стороны того яркого рукава, который мы видим в небе и сегодня, называя его «Млечный Путь». И «вынырнула» на ближней стороне приблизительно 30 миллионов лет назад (рис. 1). В этом спиральном рукаве было огромное количество взрывающихся звезд, и, соответственно, интенсивность космических лучей, производимых ими, была также очень высока. Шавив взял на вооружение открытие Свенсмарка о том, что космические лучи могут влиять на климат и остужать мир, создавая низкую облачность. Согласно этой трактовке, в период между отметками на шкале времени «60 миллионов лет назад» и «30 миллионов лет назад» среднемировая температура резко снизилась, и Антарктику сковали льды. Когда рукав Стрельца – Киля был пройден, похолодание приостановилось, и снова наступило бы потепление, если бы… «прогулка» по Галактике не привела нашу планету к еще одному району, где сконцентрировались яркие звезды, – локальному рукаву Ориона (часть большого рукава Щит-Южный Крест). Мы и сейчас находимся в нём, всё ещё в глубине «ледника», но в такой «комнатке», где относительно теплые условия позволяют Земле отдохнуть в перерыве между ледниковыми периодами. Нам просто дали отсрочку от оледенения, подобного тому, что перетряхнуло меловые отложения острова Мён.

Рукава нашей Галактики украшают массивные яркие голубые звезды, но их жизнь слишком коротка, и они взорвутся и извергнут из себя космические лучи раньше, чем смогут уйти далеко от места своего рождения. Маленькие же звёзды, такие как Солнце, живут достаточно долго, чтобы совершить много оборотов вокруг центра Галактики. Но их скорость отличается от скорости вращения галактических рукавов, и они периодически входят в спиральные рукава, а затем выходят с противоположной стороны («обгоняя» их). Поток космических лучей достигает максимума в то время, когда Солнце и «сопровождающие его» планеты выходят из спирального рукава. Причина кроется в том, что в «передней» кромке рукава находится много больших звёзд, и они движутся даже немного впереди этой кромки, прежде чем взорвутся.

Продвигаясь вместе с Солнцем сквозь спиральные рукава Млечного Пути, Земля подвергается обстрелу космическими лучами различной интенсивности, и, соответственно, условия на планете меняются от парниковых к ледниковым и обратно. Изучение истории изменений климата может помочь избавиться от сомнений относительно точного маршрута Солнца (красный кружок) в Галактике и расположения спиральных рукавов, обозначенных на рисунке кривыми линиями различного характера: 1 – ок. 2.75 млн лет назад; 2 – 32 млн лет назад – выход из рукава Стрельца-Киля; 3 – 60 млн лет назад – вход в рукав Стрельца-Киля, переход от тепла к холоду; 4 – ок. 120 млн лет назад, смена холодов «раннего» мела парником позднего мелового периода; 5 – 142 млн лет назад – рукав Щит-Южный Крест; 6 – ок.230 млн лет назад – теплый триасовый период.

Согласно расчетам Нира Шавива, спиральные рукава должны оказывать колоссальный эффект на климат: «Изменения потока высокоэнергетических космических лучей, связанные с нашим галактическим путешествием, в десять раз значительнее, чем изменения, вызванные солнечной активностью, при этом именно космические лучи высоких энергий ответственны за ионизацию нижних слоев атмосферы Земли. Если Солнце отвечает за колебания среднемировой температуры Земли примерно на 1 (один) градус Цельсия в ту или иную сторону, то эффект от прохождения через спиральный рукав может составить около 10 (десяти) градусов. Этого более чем достаточно, чтобы переключить Землю с режима «парник», когда умеренный климат охватывает полярные области, на режим «ледник», когда полюса обрастают ледниковыми шапками, которые мы наблюдаем и сегодня. В сущности, можно ожидать, что для периодов, исчисляемых сотнями миллионов лет, главный двигатель изменений климата – это эффект галактических рукавов».

Хотя астрофизики уже пришли к единому мнению относительно скорости Солнца, путешествующего по своей галактической орбите, скорость вращения спиральных рукавов все еще остается предметом научных споров. За последние сорок лет ученые называли разные цифры: от половины скорости движения Солнца до даже бóльшей, чем его скорость. Чтобы связать между собой вхождения в спиральные рукава и изменения климата, происходившие на Земле, необходимо установить, с какой скоростью движется Солнце относительно спиральных рукавов. Эту величину можно определить исходя из того, кáк часто и когдá интенсивность космических лучей падала или росла. Можем ли мы заглянуть так далеко в бездну времени и пространства, чтобы узнать, что происходило с космическими лучами сотни миллионов лет назад? Нир Шавив дает замечательный, обнадёживающий ответ: да, можем. — Как? — При помощи «более солидных» (чем элементарные частицы) космических путешественников — метеоритов. Заново проанализировав данные о радиоактивности железных метеоритов, собранные немецкими учеными, он обнаружил ритм, в котором космические заряженные частицы поступали на Землю.

Когда астероиды сталкиваются друг с другом где‑то далеко в Солнечной системе, их фрагменты, выбрасываемые в пространство, могут включать в себя кусочки железа. Эти фрагменты продолжают вращаться вокруг Солнца сотни миллионов лет, и, пока они кружатся, под ударами космических заряженных частиц в них образуются радиоактивные атомы. В конце концов некоторые обломки астероидов попадают на Землю – мы называем их «железными метеоритами». Если вы попытаетесь узнать, сколько лет провёл метеорит, блуждая в космосе, то, вероятно, вы захотите измерить соотношение атомов радиоактивного калия и его стабильных атомов. Однако колебания интенсивности космических лучей в Солнечной системе исказят полученные результаты. Когда космических лучей мáло, — говорит ученый, — «часы» метеоритов идут медленно и «омолаживают» своих обладателей. Приступая к исследованию, Нир Шавив сперва исключил метеориты, похожие по характеру и возрасту, предположив, что они произошли в одинаковых космических обстоятельствах. После этого у него все еще оставалось около пятидесяти железных метеоритов, возраст которых доходил до миллиарда лет. Тщательно изучив метеориты, Шавив пришел к выводу, что мощность космических лучей росла и падала циклично, и этот цикл длился 143 миллиона лет (плюс‑минус 10 миллионов лет), что согласуется с движением Солнечной системы сквозь спиральные рукава Галактики. Этот результат поразительным образом совпал с многолетними геологическими «записями» изменений климата. Геологи за последние полвека многое узнали о медленных чередованиях тёплых и холодных фаз климата, и датировка смен этих состояний всё время уточнялась. Шавив попытался найти возможную периодичность в данных, полученных геологами, и обнаружил климатический цикл в 145 миллионов лет, что оказалось очень близко к его циклу космических лучей.

«Метеоритные» данные, касающиеся космических лучей, теперь вполне совпадали с геологическими данными, свидетельствующими о сильном похолодании, максимум которого пришелся на конец каменноугольного периода, около 300 миллионов лет назад. Этот эпизод «ледника», давно известный геологам как пермско‑каменноугольное оледенение, длился довольно долго. Он («ледник») накрыл каменноугольный период, названный так из‑за больших залежей угля, откладывавшегося в болотистых лесах. Тогда появились первые рептилии и позвоночные животные, способные жить исключительно на суше. Леса разрастались, но при этом ледовые поля и ледники наступали на континенты, лежавшие «общей кучкой» в те времена (пра-материк Гондвана) ближе к Южному полюсу. «Ледник» продолжился и в начале пермского периода.

Конец пермского и весь следующий за ним триасовый период Солнечная система провела в тёмном пространстве между галактическими рукавами, в условиях «парника». Но в конце пермского периода, 245 миллионов лет назад, разразилась катастрофа. Предположительно её вызвало столкновение Земли с кометой или астероидом, грубо нарушившим все правила игры, и это привело к массовому вымиранию видов (в это время распадается пра-материк Гондвана). Комета возвестила наступление мезозойской эры, самой известной из всех благодаря динозаврам. Но Земля всё еще не покинула «парник», что в данном случае говорит об отсутствии связи между эволюционными изменениями и климатом. Когда 230 миллионов лет назад первые «маленькие» динозавры и млекопитающие впервые выступили на арену, Солнце и Земля были приблизительно там, где они находятся и сейчас («там» — не значит в том же самом рукаве: скорости рукавов и Солнца не одинаковы, — это видно по тексту к рис. 1). В течение этого времени Солнечная система сделала полный оборот вокруг центра Галактики (период обращения Солнца вокруг центра галактики оценивается пока не очень точно: 220-250 млн лет). И большую часть этого путешествия динозавры были властителями Земли, оставив млекопитающих на низшем уровне, хотя самим динозаврам так и не удалось завершить это великое «кругосветное» путешествие. То путешествие началось в теплый триасовый период. Путеводитель по Галактике для динозавров, учитывающий потоки космических лучей, сообщил бы, что приближается рукав Щита – Южного Креста (из которого мы сейчас выходим, но — уже по «второму кругу»), и пообещал бы «ледник» в юрском и меловом периодах. До сих пор поколениям студентов и поклонников гигантских рептилий говорили, что на протяжении всей «динозаврьей» мезозойской эры условия жизни на планете были едва ли не курортными: тепло, льда на суше практически нет. Если какие‑либо геологические представления и входили в противоречие с расчётами космических лучей, то это были именно стереотипы, сложившиеся вокруг мезозоя, и Нир Шавив это хорошо понимал. «Когда я начал работать над этой идеей, я искал данные по оледенениям, и в одной книге, выпущенной в 1970‑е, нашел сводку данных, в которой никакое среднемезозойское оледенение не фигурировало. Я подумал: «Ну что ж, космические лучи не объясняют все изменения климата». Только позже я обнаружил другой обзор, где говорилось, что средний мезозой был холоднее, чем эпохи дó и после него. Улыбка не сходила с моего лица целый день, так как я нашёл потерянную ледниковую эпоху. Тогда я понял, что моя теория верна».

В 2002 году, когда Нир Шавив впервые рассказал свою историю о спиральных рукавах, нашлись и отчетливые материальные следы среднемезозойского похолодания – они обнаружились на океанском дне, среди обломков пород, принесенных дрейфующими льдами. Еще в 1988 году Ларри Фрейкс из университета Аделаиды представил свидетельства того, что дрейфующий лед сбрасывал песок и гравий в субполярных областях. Но так как ничто не говорило о том, что на суше тоже был лёд, среднемезозойское оледенение оставалось наименее убедительным из всех. Всего через несколько недель после публикации Шавива, в начале 2003 года, из университета Аделаиды поступило известие, что ученым впервые удалось отыскать следы наземного льда в меловой период. Невилл Элли и Ларри Фрейкс сообщили, что поблизости от хребта Флиндерс в Западной Австралии обнаружены глина, мелкие камни и зерна кварца, перемешанные ледником. А датируются они ранним меловым периодом, то есть им 140 миллионов лет. Так что динозаврам действительно пришлось покататься на климатических «американских горках», как верно предсказала астрономия. А именно: проход через рукав Персея в тот период вновь принёс с собой холод, державшийся в течение юрского и раннего мелового периодов. Среди новых видов, появившихся тогда, были первые цветковые растения и первые птицы. Приблизительно 120 миллионов лет назад холод сменился «парником» позднего мелового периода. И получается, что колебания климата в прошлом, увязанные с движением Солнца по Млечному Пути, могут помочь нам усовершенствовать наши астрономические знания о Галактике. Каким образом? — «Шутки ради, – заметил Свенсмарк, – я назвал это: «Как измерить массу Галактики с помощью термометра». На самом-то деле ученый не шутил, — он уже нашёл такой специфический инструмент-«термометр».

Обитатели морских раковин действуют как очень чувствительная природная аппаратура, записывая события, происходящие в вечно меняющейся звёздной среде, окружающей нас, и они начали выполнять эту работу задолго до того, как человек изобрел астрономические инструменты. С позиций сегодняшнего дня мы можем рассматривать их (ракушки) как телескопы, которые фиксировали интенсивность космических лучей путем усвоения тяжелого кислорода в процессе жизнедеятельности. Так что идея использовать морские окаменелые ракушки для астрономических целей – не пустая прихоть. Согласно показаниям таких окаменелостей, температуры морей колебались, и амплитуда этих колебаний была относительно невысока, зато ритм был более частый, чем тот, который задают климату спиральные рукава. Дело было в том, что, как выразился Свенсмарк, — «наше Солнце ведёт себя как игривый дельфин»: двигаясь по орбите, оно к тому же как бы выпрыгивает из галактического диска, затем погружается обратно и вновь выпрыгивает, и так всё время. Срединная плоскость диска – не просто математический вымысел. Там концентрируются заряженные частицы, поскольку магнитное поле, управляющее ими, удерживается на месте гравитацией – той же самой силой притяжения, которая не дает звездам и газовым облакам разбегаться от диска.

Итак, когда бы Солнце ни пересекало срединную плоскость, идёт ли оно наверх или катится вниз, Земля в это время страдает от всплеска космических лучей, и это происходит с интервалом в 32–34 миллиона лет (рис.2). Когда Солнце покидает срединную плоскость, оно поднимается «в гору» по склону длиной 300 световых лет, доходит до «хребта» и начинает спуск вниз. На этой фазе поток космических лучей слабеет. Такие колебания происходят независимо от того, находится Солнечная система внутри или вне спирального рукава. Но если Солнце заходит в спиральный рукав, то там цикл космических лучей ускоряет свой шаг из‑за более высокой концентрации межзвездного газа. Морские температуры позволяют довольно точно устанавливать границы временных отрезков, так как самые холодные периоды каждого геологического цикла с продолжительностью 32–34 миллиона лет совпадают с тем, когда Солнечная система пересекала срединную плоскость Галактики.

Свенсмарк не стал узнавать заранее у астрофизиков, насколько быстро движется Солнце по отношению к спиральным рукавам. То был один из вопросов, которые он хотел выяснить сам. Для этого ему было нужно взять температурные данные (полученные при помощи морских раковин) за последние 200 миллионов лет и «примерить» их на Галактику. Это было похоже на то, как человек, купивший костюм в магазине готового платья, ходит и ищет того, на ком костюм будет сидеть идеально. И нашлась — нашлась только одна комбинация ключевых цифр, правильно отображающая волнообразное движение Солнца относительно плоскости галактики (рис. 2).

Анализ Свенсмарка позволил получить ответы на ряд вопросов о ближайших к нам областях Млечного Пути и движении Солнца. Относительно вращающихся спиральных рукавов Галактики Солнце перемещается со скоростью 12 километров в секунду. Визит в рукав Щита – Южного Креста Солнце нанесло 142 миллиона лет назад, а в рукав Стрельца – Киля – 34 миллиона лет назад. Ширина рукавов приблизительно 1170 и 910 световых лет соответственно. Плотность вещества в спиральных рукавах на 80 процентов выше, чем в областях между рукавами. Вот уж действительно: колебания температуры наших наземных морей позволили измерить Галактику! Ни одна из цифр не противоречит предыдущим предположениям. Но там, где до этого было много неясного, окаменелости подсказывают астрономам, какие цифры более верны. Этот удачный «перевертыш аргументации» – от климата к астрономии – подтверждает, что климат Земли прочно находится во власти галактического термостата. И то, что данные о древнем климате теперь используются, чтобы уточнить астрономические факты и цифры, описывающие нашу галактику Млечный Путь, является доказательством того, что теория космических лучей действительно работает.

И – «вишенка» на торте: еще одно, древнее-предревнее свидетельство в пользу «новой теории климата». Речь вот о чём. За свою долгую историю Галактика пережила несколько всплесков рождаемости звезд. Те звезды, которые мы можем видеть и сегодня, несомненно, относятся к числу «благопристойных» долгоживущих звезд. Они пережили своих массивных сестёр, быстро взорвавшихся в период активного звездообразования и исторгнувших из себя стаи заряженных частиц. Один из таких всплесков рождаемости произошел 2.4-2 миллиарда лет назад. Доказательством этому служит необыкновенное количество звёзд‑ровесниц в Малом Магеллановом Облаке. Их одинаковый возраст указывает на то, что, вероятно, по соседству проходила какая‑то галактика, причем проходила достаточно близко, и это вызвало ответную реакцию в Млечном Пути. Некоторые астрономы подозревают, что нарушителем спокойствия было Большое Магелланово Облако. И встал вопрос о том, как связаны между собой первый эпизод «Земли‑снежка» (так образно называют ледниковый период геологи), случившийся 2.3 миллиарда лет назад, и — обнаруженный астрономами взрыв звездной рождаемости, произошедший 2.4–2 миллиарда лет назад. У нас есть все основания подозревать, что эти два события объединяет необычайно интенсивная атака космических лучей, обрушившихся на Землю. Но если это было больше, чем случайное совпадение, тогда последующий период, освободивший планету ото льда, должен быть связан с низкой звездной рождаемостью. Для астрофизика Шавива это было ключевым моментом в его доказательствах: «Долгий период между двумя миллиардами лет назад и миллиардом лет назад, в течение которого нé происходило известных нам оледенений, совпадает с очень низкой скоростью звездообразования».

Можно только удивляться тому, что, несмотря на некоторые погрешности, «сигналы», оставленные космическими лучами, недвусмысленно «звучат» во всех геологических данных. Среди агентов влияния, которые могли бы воздействовать на климат, космические лучи – единственные, которые оставляют чёткий след при любом временнóм масштабе, будь то миллиарды или миллионы лет, или даже отдельные месяцы.

Б  И Б Л И О Г Р А Ф И Я

  1. Свенсмарк Хенрик, Колдер Найджел, «ЛЕДЕНЯЩИЕ ЗВЕЗДЫ. Новая теория глобальных изменений климата», (Москва, 2011г)
  2. Сватков Н.М., «Земное зеркало Солнца», (Москва, 1979г)
To Top