Сверхновые и их влияние на земные формы жизни
Международная группа ученых выяснила, как сверхновые, вспыхнувшие рядом с Солнечной системой, могут повлиять на жизнь на Земле. Для этого они определили условия, возникающие на нашей планете после взрыва звезды на удалении всего лишь в сто парсеков. Специалисты подтвердили, что радиация могла не только послужить причиной вымирания видов, но и ускорить эволюционный процесс. «Лента.ру» рассказывает об этом исследовании.
Согласно расчетам ученых, каждые 2-4 миллиона лет вблизи Земли, на расстоянии в 100 парсеков, взрывается крупная звезда. Один парсек — это примерно три световых года. Кажется, это слишком далеко, чтобы угрожать жизни на нашей планете. Однако, по выражению физика Рэндалла Манро, автора блога What if?, какой бы большой ни казалась вам сверхновая, она всегда больше. Для иллюстрации ученый сравнивает взрыв крупной звезды на месте Солнца и взрыв водородной бомбы, прижатой к открытому глазу. Сверхновая будет ярче на девять порядков.
Выброс колоссального количества энергии, сопровождающий разрушение большой звезды, не может не затронуть Землю, если та относительно близка к сверхновой. Так, Бетельгейзе, находящаяся на расстоянии 200 парсек от Земли, при взрыве сравнится по яркости с полной Луной и будет видна даже днем. Уже только это может повлиять на световой режим животных, однако тем дело вряд ли ограничится. Планету накроет поток высокоэнергетических частиц, опасный для живых организмов.
Чтобы выяснить, когда вблизи Земли происходили вспышки сверхновых, ученые изучают радионуклидный состав глубоководных железо-марганцевых отложений. В них могут быть обнаружены следы изотопа Fe60, который образуется внутри массивных звезд непосредственно перед их взрывом.
Когда происходит вспышка сверхновой, ее материя выбрасывается в окружающее пространство и может быть захвачена другими звездами. Попав внутрь Солнечной системы, пыль из межзвездной среды, обогащенная изотопами, конденсируется с образованием гранул, которые избегают «выдувания» солнечным ветром. Выпав на Землю, они могут войти в состав осадочных горных пород. Fe60 — относительно устойчивый радионуклид с периодом полураспада 2,6 миллиона лет. Этот редкий изотоп наиболее удобен для регистрации взрывов близких сверхновых.
Анализ железо-марганцевых отложений показал, что выпадения Fe60, связанные со сверхновыми, на Землю происходили два раза — 2,7-1,7 миллиона лет назад и 8,5-8,7 миллиона лет назад. Результаты моделирования свидетельствуют, что взорвавшиеся звезды находились не далее чем в ста парсеках от Земли. Возникает вопрос: каковы возможные последствия облучения нашей планеты высокоэнергетическими частицами, порожденными сверхновой?
Хотя за последние 10 миллионов лет не наблюдались никаких крупных массовых вымираний, на границе плиоценовой и плейстоценовой эпох (2,6 миллиона лет назад) отмечается снижение числа видов. Это связывают с глобальным похолоданием, что также сопровождалось сменой растительных сообществ в Африке, когда леса превращались в саванны. Роль космических лучей, порожденных сверхновыми, в изменении климата и биосферы Земли оставалась неясной.
Эту проблему попыталась решить международная группа исследователей из США, Норвегии, Франции и России. Они смоделировали взрыв звезды 2,7 миллиона лет назад на расстоянии 50 парсек от Земли. Ученые рассмотрели два случая. В случае «А» на распространение космических лучей влияло галактическое магнитное поле, способствовавшее максимальному воздействию сверхновой на Землю. В случае «Б» Земля и сверхновая находились в области, расчищенной от турбулентности предыдущим взрывом звезды.
По мнению исследователей, рентгеновские и гамма-лучи не оказали никакого влияния на Землю, поскольку их энергия в обоих случаях слишком незначительна. Интенсивность ультрафиолетового излучения от сверхновой в верхних слоях атмосферы была на несколько порядков меньше, чем от Солнца. Что касается видимого света, то плотность потока при длине волны 400-500 нанометров не превышала 0,24 микроватта на квадратный сантиметр. При таком свете в ночное время могут нарушаться циркадные ритмы и циклы развития у некоторых животных, также увеличивается риск развития рака и подавляется иммунитет.
Есть еще одна, пожалуй, главная составляющая воздействия сверхновой на Землю. Это космические лучи — элементарные частицы и ядра атомов, которые движутся с высокими энергиями в космическом пространстве. Проникая в атмосферу нашей планеты, они формируют естественную фоновую радиацию. Один из компонентов лучей — мюоны, быстрораспадающиеся частицы. Они образуются в верхних слоях атмосферы и благодаря околосветовой скорости успевают долететь до поверхности. Чем больше энергия космических лучей, тем глубже в атмосферу они проникают и тем сильнее ее ионизируют.
При ионизации атмосферы образуются оксиды азота, разрушается стратосферный озон, выпадают кислотные дожди. Выяснилось, что во всех случаях космические лучи от сверхновой вызывают более сильную ионизацию нижних слоев тропосферы, чем фоновая радиация. Причем эффект сохраняется в течение миллиона лет при «А»-сценарии и 10 тысяч лет при «Б»-сценарии. Истощение озона негативно сказывается на живых существах, делая их более подверженными ультрафиолетовой радиации. В первом случае интенсивность излучения возрастает в 5-10 раз, что достаточно для массового вымирания, во втором — в 1,5 раза.
Ученые установили «летальное расстояние» для сверхновой, когда глобальная экологическая катастрофа на Земле неизбежна. С благоприятным влиянием галактического поля — 50 парсек и больше, без него — около 10 парсек.
Кроме усиления радиационного воздействия на атмосферу, возрастает плотность потока мюонов и нейтронов, достигающих поверхности. В случае «А» радиация достаточно сильна, чтобы причинить вред наземным животным. Увеличивается риск развития рака и возникновения мутаций, и такие условия могут сохраняться в течение сотен и тысяч лет. По мнению ученых, даже умеренное влияние космических лучей может ускорить эволюционные процессы и содействовать не только исчезновению, но и появлению новых видов животных.