Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата

Свенсмарк Хенрик

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] .

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.

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 в Галактике и расположения спиральных рукавов, обозначенных на рисунке кривыми линиями и тенями различного характера. (Масштаб дан в килопарсеках (кпк): 15 килопарсеков соответствуют 49 000 световых лет)

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.

Можем ли мы заглянуть так далеко в бездну времени и пространства, чтобы узнать, что происходило с космическими лучами сотни миллионов лет назад? Шавив дает замечательный ответ: да,

можем. 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 провел метеорит, блуждая в космосе, то, вероятно, вы захотите измерить соотношение атомов радиоактивного калия и стабильных атомов. Однако колебания интенсивности космических лучей в Солнечной системе исказят полученные результаты.

Когда космических лучей мало, 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 их, 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 записями изменений климата. За последние полвека геологи многое узнали о медленных чередованиях теплых и холодных фаз климата, и датировка смен этих состояний все время уточнялась. Шавив попытался найти возможную периодичность в изменениях климата и обнаружил климатический цикл в 145 миллионов лет, что оказалось очень близко к его циклу космических лучей.

Анализ Шавива охватывал, как уже упоминалось, последний миллиард лет. Первая часть этого периода включала космические и климатические потрясения другого вида, оставим их до седьмой главы. А в данный момент давайте посмотрим, что может сказать астрономия об испытаниях, выпавших на долю многоклеточных. Окаменелости, хорошо сохранившиеся с кембрийской эпохи, которая началась 542 миллиона лет назад, говорят о появлении и бурном расцвете разнообразных организмов.

Весь временной этап с начала кембрия до сегодняшних дней носит название «фанерозойский эон», что означает «время явной жизни».

Жизнь в спиральной галактике полна стрессов

Пройдя через рукав Стрельца — Киля, Земля наконец вырвалась из ледяных оков. Жесткий климат, кажется, заставил жизнь задуматься над тем, что было бы неплохо разработать некоторые эволюционные новшества. В 1970-е годы Джеймс Валентайн из Калифорнийского университета в Беркли обнаружил, что, конструируя будущие тела животных, природа начала ставить эксперименты уже на первых поколениях червей, ползавших по морскому дну. Черви весьма неуязвимы к сезонным и долгосрочным изменениям климата, без жалости оставляющим других животных голодными.

Когда наступили теплые времена фанерозоя, предшественники всех основных ветвей царства животных уже были на месте. Пока Солнце и Земля двигались по отрезку между двумя спиральными галактическими рукавами, количество космических лучей было низким, а уровень моря — высоким. Жизнь нежилась на континентальных шельфах. Среди великого разнообразия беспозвоночных животных были похожие на головастиков личинки, получившие в дар от природы раннюю половую зрелость. Они основали династию, потомками которой стали рыбы и все остальные позвоночные.