Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Такой тип взаимодействий очень сложно моделировать. Например, на космические лучи воздействуют магнитные поля, отчего их траектория и скорость могут меняться. В галактике существуют очень замысловатые магнитные поля, и неизвестно, как конкретно это затронет нас. Магнитные поля Солнца и даже Земли также играют в этом роль, усложняя и без того невероятно запутанную игру. Тем не менее ученые попытались оценить ситуацию, но из-за всех неопределенностей разброс в цифрах получился очень большой: некоторые модели показывают, что сверхновая должна быть всего на расстоянии нескольких световых лет, чтобы ее космические лучи причинили нам вред, а по оценке других, это расстояние ближе к 1000 световых лет. Врать не буду, это не сильно успокаивает, потому что на таком расстоянии существует множество звезд, способных взорваться (как видно по таблице в приложении).

Однако мы можем найти некоторое утешение. Интенсивность облучения, предсказываемая самыми зловещими моделями, практически стерла бы всю жизнь с лица Земли: мюоны обладают потрясающей проникающей способностью, поэтому от них не зарыться в землю и не спрятаться глубоко под водой. Однако само наше существование является вполне убедительным доказательством того, что более умеренные модели — более точные.

Тем не менее у облучения космическими лучами есть и другие последствия, которые нам нужно учитывать. Как уже упоминалось в главе 2, когда озон разрушается от воздействия космических лучей, может образовываться диоксид азота, превращающийся в азотную кислоту. Даже относительно умеренное облучение космическими лучами от вспышки сверхновой может увеличить интенсивность кислотных дождей. Однако, если количество событий, во время которых образуются мюоны, мы можем прикинуть только приблизительно, модели кислотных дождей, вызванных вспышкой сверхновой, еще менее определенные. Скорее всего, вспышка сверхновой должна произойти достаточно близко, чтобы причинить нам такой вред, но насколько близко, мы все еще точно не знаем.

Наконец давайте обсудим еще кое-что. Несмотря на то что прямо сейчас потенциальных сверхновых любого типа на расстоянии, достаточном для того, чтобы убить нас, нет, это не значит, что их не было в прошлом. Земля существует 4,6 млрд лет, а расстояния между звездами меняются, так как они движутся по орбитам внутри Галактики, как автомобили по шоссе. Могла ли когда-то в отдаленном прошлом неподалеку от нас вспыхнуть сверхновая и каким-то образом затронуть Землю?

С точки зрения статистики практически наверняка. В зависимости от расстояния (чем они ближе, тем реже), возможно, что Земля несколько раз наблюдала взрывы звезд из первого ряда. По данным одной модели Земля видела по крайней мере три с расстояния в 25 световых лет; это достаточно близко, чтобы серьезно повредить наш озоновый слой или облучить нас потоком мюонов.

Но у нас есть кое-что еще, кроме простой математики. У нас есть геология.

В 2004 г. научное сообщество было потрясено, когда группа ученых объявила, что нашла радиоактивный изотоп 60Fe (железо-60) в аномально высоких количествах в образце, взятом со дна Тихого океана. Это исключительно редкий на Земле изотоп, и на Земле нет процессов, при которых он мог бы создаваться в заметных количествах.

Однако этот изотоп образуется в сверхновой, когда в расширяющемся облаке осколков происходит взрывной процесс ядерного синтеза. Кажется вероятным, что 60Fe, обнаруженный в донной пробе из Тихого океана, был создан сверхновой и попал на Землю, когда Земля оказалась на пути облака проносящихся осколков.

Очень интересен тот факт, что у изотопа 60Fe относительно короткий период полураспада. Радиоактивные элементы распадаются с образованием «дочерних» элементов. Со временем все исходные элементы исчезают. Период полураспада — это статистический период, в течение которого половина пробы вещества распадается, и у разных изотопов он разный. Период полураспада изотопа 60Fe составляет всего около 1,5 млн лет. Измерив количество 60Fe по сравнению с другими элементами, обнаруженными в пробе, можно определить возраст пробы. В данном случае, 60Fe погрузился на дно Тихого океана всего лишь 2,8 млн лет назад.

Это означает, что с геологической точки зрения вспышка сверхновой наблюдалась относительно недавно. Учитывая количество 60Fe в пробе, сверхновая также должна была находиться не так далеко: возможно, на расстоянии всего 50 световых лет. Может быть, даже ближе.

Кстати, было обнаружено и возможное место рождения сверхновой: неплотный кластер массивных звезд — таких, которые образуют сверхновые типа II, — называющийся ассоциацией Скорпиона — Центавра. Эта группа звезд в настоящее время находится от нас на расстоянии примерно от 400 до 500 световых лет, но 3 млн лет назад она была ближе, на расстоянии всего 100 световых лет, подозрительно близко к подходящему расстоянию, с которого сверхновая могла запустить изотоп 60Fe на Землю.

Более того, известно, что Солнце расположено в области, называемой «Местный пузырь» — это полость в обычном тумане из газа и пыли, наполняющем галактику. Такие пузыри могут создаваться взрывающимися звездами; расширяющийся газ расчищает полость, как снегоуборочная машина. Удивительно, но Местный пузырь не старше 10 млн лет. Похоже, к его возникновению также приложила руку ассоциация Скорпиона — Центавра.

Ни о каких эпизодах массового вымирания в тот период, когда на Землю осаждался изотоп 60Fe, неизвестно, и это успокаивает: даже сверхновая на расстоянии от 50 до 100 световых лет, похоже, не представляет большой угрозы.

Но статистические данные все равно интересны. Жизнь на Земле существует более 3 млрд лет, а многоклеточные организмы — в течение последних 600 млн лет или около того. Происходило ли какое-либо космическое событие, потрясшее мир, в тот период?

Но, рассуждая о жизни на Земле и сверхновых, я считаю, мы не должны упускать из виду одно важное соображение.

В начале существования Вселенной происходило множество замысловатых событий [26] Да, это правда. Подробности тут не важны, но мы обсудим их в последней главе. Обещаю. . Сначала было настолько жарко, что нормальная материя существовать не могла; это был суп из экзотических субатомных частиц. Но спустя очень короткое время — буквально через три минуты после Большого взрыва — он достаточно остыл и появилась нормальная материя. Начальные условия были такими, что в тот момент могли быть созданы только водород, гелий и чуточку лития.

И все. Никакого углерода. Ни железа, ни молибдена, ничего, только эти три самых легких элемента. Через несколько сотен миллионов лет сформировались звезды. Это были сверхмассивные звезды, как минимум в 100 раз массивнее Солнца, и состояли только из этих трех элементов; примерно на 75 % из водорода и на 25 % из гелия, а литий даже почти не определялся.