Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата

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. 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 отступил, похолодание приостановилось, и снова наступило бы потепление, если бы прогулка по Галактике не привела нашу планету к еще одному району, где сконцентрировались яркие звезды, — рукаву Ориона. Мы и сейчас находимся в нем, все еще в глубине «ледника», в 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.

Работа Шавива была опубликована в 2002 году, и там объяснялся не только самый последний переход от теплой к холодной фазе, но и все четыре главных похолодания, включая и то, когда многоклеточные впервые стали играть заметную роль на планете, что случилось немногим ранее 500 миллионов лет назад.

Все, что мы успели рассказать вам о космических лучах и климате, касается недавних событий, настолько краткосрочных с геологической и астрономической точек зрения, что приток заряженных частиц из Галактики в Солнечную систему можно считать почти неизменным. В течение последних ста тысяч лет основной причиной, по которой менялась интенсивность космических лучей, проникающих в нижние слои земной атмосферы, были изменения в поведении Солнца. Но так как Солнце и Земля путешествуют по обширным царствам времени и пространства, измеряемым миллионами лет и тысячами световых лет, им приходилось сталкиваться и с другими, более значительными и более длительными колебаниями потоков космических лучей.

Хотя вы не сможете обойтись без телескопа, чтобы рассмотреть в подробностях какую-нибудь из спиральных галактик, поверьте, что они — одно из самых прекрасных явлений на небе. Эти рои из многих миллиардов звезд так организованы, что самые яркие и голубые звезды рассеяны главным образом вдоль изящно изогнутых рукавов, исходящих из центрального шара или перемычки, где находятся более старшие красные звезды. Гравитация сплющивает спиральную галактику, и сбоку она похожа на глазунью из одного яйца (как если бы вы и глазунью рассматривали тоже сбоку) с выпуклостью посередине.

Так как мы с вами находимся внутри нашей Галактики, нам она кажется просто лентой света, идущей по небу, — ее назвали Млечным Путем задолго до того, как люди узнали, что это «островная вселенная», похожая на многие далекие объекты, разбросанные по всему ночному небу. До 1950-х годов, пока один датский радиотелескоп не снабдил ученых данными о распределении водорода в обозримой части Вселенной, астрономы не могли с уверенностью сказать, что Млечный Путь представляет собой спиральную галактику, такую же, как галактика Андромеды, галактика Водоворот и многие другие.

Сила притяжения, действующая между звездами, порождает волны вещества с большей или меньшей плотностью. Эти волны приводят к образованию спиралей, медленно кружащихся вокруг центра Млечного Пути. Волны плотности возмущают межзвездный газ и заставляют его собираться в относительно плотные облака, из которых потом рождаются новые звезды, омолаживая Галактику. В результате рукава украшают массивные яркие голубые звезды, но их жизнь слишком коротка, и они взорвутся и извергнут из себя космические лучи, прежде чем смогут уйти далеко от места своего рождения.

Маленькие звезды, такие как Солнце, живут достаточно долго, чтобы совершить много оборотов вокруг центра Галактики. Но так как их скорость отличается от скорости вращения галактических рукавов, они периодически входят в спиральные рукава, а затем выходят с противоположной стороны. 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 звезд, и они движутся даже немного впереди этой кромки, прежде чем взорвутся. 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 градус Цельсия в ту или иную сторону, то эффект от прохождения через спиральный рукав может составить около 10 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» [65] N. J. Shaviv. «Cosmic Rays and Climate», опубликовано в PhysicaPlus, онлайн-журнале Израильского физического общества, 2005 г. .

Во время своего тура по Галактике Солнце и Земля пересекают четыре главных рукава, или, если быть точным, четыре сегмента рукавов. Эти рукава названы по именам созвездий, за которыми они кажутся более заметными в ночном небе. Небольшой коридор ярких звезд, называемый рукавом Ориона, где мы находимся сейчас, отходит от главного рукава — Персея, — к которому мы и движемся. Наше вхождение в рукав Персея состоится через 50–100 миллионов лет. В далеком будущем Земля снова посетит рукава Наугольника, Щита — Южного Креста и Стрельца — Киля.

Хотя астрофизики 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 большей, 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, как часто и когда интенсивность космических лучей падала или росла.