Земля зазнала впливу міжзоряної аномалії мільйони років тому

Вчені досліджують Землю та небо в пошуках ключів до історії клімату нашої планети. Потужні та тривалі виверження вулканів можуть змінити клімат на тривалий період часу, а сонячне світло може змінити клімат Землі на мільйони років. Але як щодо міжзоряних водневих хмар? Чи можуть ці області газу та пилу змінити клімат Землі, коли планета з ними стикається?

Міжзоряні хмари не всі однакові. Деякі дифузні, а деякі набагато щільніші. Нові дослідження в Nature Astronomy показують, що наша Сонячна система могла пройти крізь одну з щільних хмар два-три мільйони років тому. Ефект міг змінити хімічний склад земної атмосфери, вплинувши на формування хмар і клімат.

Дослідження називається «Можливий прямий вплив холодного щільного міжзоряного середовища на Землю 2–3 млн років тому». Провідним автором є Мерав Офер з Інституту перспективних досліджень Редкліффа Гарвардського університету та факультету астрономії Бостонського університету.

«Наші результати відкривають нове вікно у взаємозв’язок між еволюцією життя на Землі та нашим космічним сусідством». – Аві Леб, співавтор, Інститут теорії та обчислення Гарвардського університету

Сонце рухається крізь велику порожнину в міжзоряному середовищі (ISM), яка називається локальною бульбашкою. Усередині LB сонячне світло створює кокон, який називається геліосферою. Він захищає Сонячну систему від космічного випромінювання.

Усередині LB є більше, ніж просто Сонце. Він також містить інші зірки та локальну міжзоряну хмару (LIC). Сонце рухалося через LIC і покине його через кілька тисяч років. LIC не дуже щільний.

Але за останні кілька мільйонів років, коли Сонце перетинало місцеву бульбашку, воно стикалося з хмарами, які набагато щільніші за LIC. Дослідники вивчили вплив цих зіткнень на здатність Сонця вирізати кокон для Сонячної системи та який вплив це мало на Землю.

«Зірки рухаються, і тепер ця стаття показує не тільки те, що вони рухаються, але й зазнають кардинальних змін». – Мерав Офер, професор астрономії, Коледж мистецтв і наук BU

«Тут ми показуємо, що в ISM, який Сонце перетинало за останні кілька мільйонів років, є холодні компактні хмари, які могли серйозно вплинути на геліосферу. Ми досліджуємо сценарій, за яким Сонячна система пройшла через хмару холодного газу кілька мільйонів років тому», — пишуть Офер та її колеги.

Більшість того, через що проходить Сонце, є тонким ISM. Сонце постійно рухається крізь тонкий ISM без жодного ефекту.

«Цих хмар багато навколо Сонця, але вони мають занадто низьку щільність, щоб стиснути геліосферу на відстань.

Однак більш щільні хмари в ISM досить щільні, щоб різко вплинути на захисну геліосферу.

«ISM поблизу Сонячної системи також містить кілька рідкісних щільних холодних хмар, які називаються локальною стрічкою холодних хмар», — пишуть вони.

Одна з хмар у цій стрічці називається холодною хмарою Лева (LLCC). Це одна з найбільших хмар у стрічці, і астрономи ретельно її досліджували. Вони знають його щільність і температуру. Дослідники не звертали так багато уваги на інші хмари в стрічці, але вони очікують, що вони будуть схожими. Автори цієї статті кажуть, що існує невелика ймовірність, приблизно 1,3%, що Сонце пройшло через хвіст LLCC.

«Ми називаємо цю частину Local Lynx of Cold Clouds (LxCC). LxCC становлять майже половину всієї маси LRCC і є масивнішими, ніж більш добре вивчені LLCC», — пишуть вони.

Є питання про природу цих хмар у минулому.

«Зауважте, що ці хмари є аномальними та нез’ясованими структурами в ISM, їхнє походження та фізика недостатньо вивчені», — пишуть автори. Їхня робота базується на припущенні, що вони суттєво не змінилися за 2 мільйони років після передбачуваної зустрічі.

«Ми припустили, що ці хмари не зазнали суттєвих змін протягом останніх 2-х мільйонів років, хоча майбутня робота може дати більше розуміння їхньої еволюції».

Дослідники використовували моделювання, щоб вивчити вплив щільної хмари на геліосферу і, відповідно, на нашу планету. Вони кажуть, що щільність водню хмари відкинула Сонце, стиснувши геліосферу менше, ніж орбіта Землі навколо Сонця. Зустріч підтверджується наявністю на Землі радіоізотопу 60Fe. 60Fe переважно утворюється в наднових і має період напіврозпаду 2,6 мільйона років.

Попередні дослідження пов’язували 60Fe з вибухом наднової, де він закріпився в порошинках, а потім був доставлений на Землю. Він також присутній на Місяці. 244Pu був доставлений одночасно, також у викиді наднової. Хоча є багато невизначеності, дослідники кажуть, що відкладення 60Fe на Землі узгоджується з гіпотетичним проходженням нашої Сонячної системи через щільну хмару, яка стиснула захисну геліосферу, дозволяючи ізотопам досягти Землі.

«Наш запропонований сценарій узгоджується з геологічними доказами ізотопів 60Fe і 244Pu того, що Земля перебувала в прямому контакті з ISM протягом цього періоду», – пишуть вони.

Але якби наднова доставляла радіоізотопи, вона мала б бути досить близько, і інші докази ігнорують джерело наднової.

«Близький вибух наднової суперечить нещодавній моделі утворення локальної бульбашки», — пояснюють автори. «Сценарій не вимагає поглинання 60Fe і 244Pu частинками пилу, які доставляють їх спеціально на Землю, як сценарій із вибухами наднових поблизу».

Питання в центрі цієї проблеми полягає в тому, як це вплинуло на Землю?

Поглиблене вивчення наслідків виходить за рамки цього дослідження. Команда прокоментувала деякі можливості, а також попередила, що з цього приводу було проведено дуже мало досліджень.

«Дуже небагато робіт досліджували кліматичні наслідки таких зіткнень кількісно в контексті зіткнень із щільними гігантськими молекулярними хмарами. Деякі стверджують, що така висока щільність призведе до виснаження озону в середній атмосфері (50–100 км) і врешті-решт охолодить Земля», – пишуть вони.

Це стрибок, але деякі дослідження показують, що це похолодання могло сприяти поширенню нашого виду.

«Гіпотеза полягає в тому, що поява нашого виду, Homo sapiens, була сформована необхідністю адаптуватися до зміни клімату. Зі стисненням геліосфери Земля піддалася безпосередньому впливу ISM», – пишуть вони.

У своєму висновку вони нагадують, що ймовірність того, що ця зустріч мала місце, є низькою. Але не нуль.

«Зірки рухаються, і тепер ця стаття показує не тільки те, що вони рухаються, але й зазнають кардинальних змін», — сказав Офер, професор астрономії Коледжу мистецтв і наук BU та член Центру космічної фізики університету.