Артём Тунцов: Как может погибнуть жизнь на Земле
14-01-2009, 17:18. Разместил: Редакция ОКО ПЛАНЕТЫ
Астрономам известны космические катаклизмы, по масштабам значительно более существенные, чем вспышки на поверхности Солнца, и способные разрушить саму защиту нашей планеты
На протяжении значительной части истории человечества, люди смотрели на небо с благоговением и невольным страхом. Однако если много веков назад, чувство опасности было вызвано, в основном, слабым пониманием происходящих в небесах явлений, страхом перед населявшими небеса богами и мифическими героями, предсказать настроение которых люди были не в силах, то сейчас ситуация изменилась. Накопленные знания о строении Вселенной и её ближайших к Земле частей, позволяют идентифицировать источники возможной опасности для жизни на нашей планете.
Источники угрозы
Падение меторита
В течение двадцатого века выделились несколько основных источников такой угрозы. Во-первых, стало понятно, что существует целый класс астероидов и комет, орбиты которых пересекаются с земной, а значит, существует хоть и малая, но ненулевая вероятность столкновения такого объекта с нашей планетой. Сейчас считается практически общепризнанным, что результатом одного из таких столкновений стал закат эпохи динозавров около 65 миллионов лет назад.
С развитием технологий, люди стали также пристальнее смотреть на Солнце. Постоянно происходящие на его поверхности вспышки выбрасывают в окружающее пространство мощные потоки излучения и частиц, которые нарушают работу связи и могут вызвать неполадки в крупномасштабных электросетях. В настоящее время даже планируется запуск в космос спутника Stereo, который будет следить за траекториями таких выбросов и предупреждать о возможной опасности.
Тем не менее, вспышки на Солнце почти не опасны для, собственно, жизни на поверхности Земли, благодаря мощным магнитосфере и атмосфере планеты (впрочем, работающие на орбите космонавты и астронавты такой защиты не имеют). Магнитосфера хорошо защищает нас от заряженных частиц, а атмосфера не пропускает коротковолновое излучение, неблагоприятно влияющее на процессы размножения клеток в наших организмах.
Однако астрономам известны космические катаклизмы, по масштабам значительно более существенные, чем вспышки на поверхности Солнца, и способные разрушить саму защиту нашей планеты.
Среди наиболее важных из них в разное время выделяли вспышки новых и сверхновых звёзд. В последнее время более популярными для исследований стали гамма-всплески.
Биологические последствия гамма-всплесков
Энергия гамма-всплеска грандиозна - с точки зрения наблюдателя, за доли секунды высвобождается энергетический эквивалент массы Солнца, при этом взрывающийся объект на короткое время может стать ярче всех звёзд Вселенной вместе взятых. Уходит эта энергия в виде излучений всех возможных типов, однако в первую очередь до наблюдателя доходит свет всевозможных длин волн - от длинноволновых радиоволн до высокоэнергичных гамма-лучей.
Именно последние, наряду с рентгеновскими лучами, и представляют самую большую опасность для земной биосферы.
Вспышка на Солнце
Однако долговременные последствия могут оказаться куда серьёзнее. Недавно появилась статья двух американских учёных, в которой построена детальная модель того, что может случиться с Землёй в случае, если гамма-всплеск произойдёт на неподалёком по галактическим меркам расстоянии в один килопарсек. Из статистических данных о наблюдаемых гамма-всплесках следует, что взрывы на таком расстоянии от Земли происходят, в среднем, раз в несколько миллиардов лет.
Азотные неприятности
Профессор Адриан Мелот из Канзаского Университета и его ученик Брайан Томас использовали разработанную в NASA модель атмосферы Земли, чтобы просчитать возможные последствия мощной вспышки радиации для жизни на нашей планете.
Два типа
Различают два типа гамма-всплесков - длинные и короткие. Длинные гамма-всплески, по современным представлениям, появляются в результате эволюции очень массивных звёзд. При определённых условиях, которые до конца ещё не поняты, но наверняка связаны со скоростью вращения и химическим составом звезды, происходит взрыв «гиперновой», сопровождающийся образованием чёрной дыры. При этом некоторая часть массы звезды выбрасывается в пространство с околосветовой скоростью в виде узкой струи («джета»), с углом раствора в несколько градусов. Если джет направлен на наблюдателя, последний и видим гамма-всплеск.
Короткие гамма-всплески, как указывают результаты наблюдений запущенного около года назад спутника Swift, скорее всего, происходят при слиянии двух очень плотных остатков звёздной эволюции - нейтронных звёзд. Эти компактные объекты представляют, по сути, гигантские, весом со звезду, но очень необычные атомные ядра, в которых практически нет протонов, а есть лишь нейтроны. Если две таких звезды образуют двойную систему, то, обращаясь друг вокруг друга, они, в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна, излучают энергию в виде гравитационных волн и медленно сближаются. Всё должно заканчиваться слиянием пары, и образованием чёрной дыры.
Как показали результаты недавних исследований, особенно эффективным такой процесс может быть в плотных звёздных системах, таких как шаровые звёздные скопления, где из-за близости звёзд друг к другу возможен обмен двойных компонентами, результатом которого может стать формирование системы из двух нейтронных звёзд.
Как оказалось, самой главной неприятностью является разрушение значительной части молекулярного азота в верхних слоях земной атмосферы. Связь двух атомов азота в этих молекулах является очень сильной, благодаря чему они мало участвуют в биологических процессах напрямую. Однако, как только молекула разрушается, место одного из атомов азота могут быстро занять один или два атома кислорода, образуя окись азота.
Учёные выделили три эффекта, которые вызывает этот газ.
Во-первых, окись азота представляет собой непрозрачный жёлто-бурый газ, который будет блокировать до десяти процентов приходящего от Солнца света. В результате, средняя температура на Земле способна упасть на несколько градусов, а такого понижения достаточно, чтобы летнее таяние льдов в Арктике и Антарктике полностью прекратилось. При неблагоприятных условиях, результатом этого может даже стать начало внеочередного ледникового периода.
Во-вторых, молекулы окиси азота активно участвуют в разрушении озонового слоя, с лёгкостью превращая за несколько реакций озон и атомарный кислород в пару молекул обычного кислорода. Возникающая в результате озоновая «дыра» может простираться от полюсов до тропиков. При этом недостаток озона в ней гораздо серьёзнее, чем в той небольшой озоновой дыре, которая время от времени появляется над Антарктидой и вызывает немалую тревогу. Кроме того, для полного восстановления озонового слоя, по расчётам Томаса и Мелота, может потребоваться от нескольких лет до десятилетия.
Гамма-всплеск
Троекратное ослабление озоновой защиты на несколько лет, предсказываемое расчётами, способно привести к истреблению большей части приповерхностного планктона в океанах, являющегося основой всей огромной пищевой цепи обитателей моря. При этом больше всего пострадают жители умеренных широт - озоновая дыра над полюсом мощнее, однако земной поверхности на полюсах достигает гораздо более слабый поток солнечного света. По иронии, большую часть живого в этом случае убьёт не сам гамма-всплеск, а Солнце, без которого эта жизнь была бы вовсе невозможна.
Почему выигрывают растения
Наконец, третий эффект состоит в том, что захватывая из атмосферы водород и кислород, оксид азота будет превращаться в азотную кислоту, которая, собираясь в маленькие капельки, станет выпадать на поверхность планеты. В основном, таким образом атмосфера и будет несколько лет возвращаться к своему исходному состоянию. Большая часть этих осадков опять достанется обитателям средних широт.
Впрочем, отмечают исследователи, последствия таких «кислотных дождей», могут оказаться скорее положительными для биосферы. Дело в том, что интенсивность выпадения кислоты не намного превысит естественный фон, предоставляя растениям время и возможность эффективно использовать азотную кислоту и продукты её взаимодействия с почвой в качестве удобрения. Именно растения, возможно, больше всего выиграли бы от такого развития событий.
Более того, существует довольно смелое предположение, что один или несколько гамма-всплесков, произошедших на ранних стадиях развития нашей планеты, могли способствовать появлению жизни такой, какой мы её знаем. Повреждая ДНК, жёсткое излучение, возможно, способствовало мутациям древних примитивных организмов в более сложные и лучше приспособленные к внешним условиям формы жизни.
www.gazeta.ru
ЛЕКТОР
Артём Тунцов,
ГАИШ МГУ, н.с.
Тунцов Артём Викторович Родился 25 июля 1980 года в Московской области. Закончил Астрономическое отделения ФизФака МГУ в 2003 году. Закончил аспирантуру Сиднейского университета (Австралия). В настоящее время - научный сотрудник ГАИШ МГУ. Область научных интересов: гравитационное линзирование, образование и статистика гравитационно связанных структур, космология.
Вернуться назад