|
Как путешествие Солнца сформировало климат Земли
|
|
|
|
В центре нашей Солнечной системы Солнце влияет на каждую планету, вращающуюся вокруг него. В двух недавних исследованиях ученые выяснили, как древние события в истории Солнца могли способствовать созданию уникального климата Земли и вызвать ранее необъяснимые климатические сдвиги.
|
|
|
|
В новом исследовании ученые из центра НАСА SHIELD (Солнечный ветер с обменом заряда водородных ионов и крупномасштабной динамикой) — одного из научных центров НАСА DRIVE (Diversify, Realize, Integrate, Venture, Educate) — прослеживают траекторию гелиосферы, массивного пузыря, созданного нашим Солнцем и окружающего нашу Солнечную систему, по мере его движения через нашу галактику и влияния на климат Земли. В другой статье ученый НАСА и соавторы исследуют, как молодое, более тусклое Солнце сумело нагреть Землю, инициировав производство мощных парниковых газов.
|
|
|
|
За последние десятки миллионов лет климат Земли претерпел значительные изменения, включая заметные ледниковые периоды, во время которых средняя глобальная температура временно снижалась на несколько градусов. В эти периоды более частые климатические колебания приводили к потеплению и похолоданию Земли. Для объяснения этих периодов потепления и похолодания ученые обращались к факторам, внутренним для Земли, включая изменения орбиты, парниковые газы и лед. Но новые исследования предполагают, что изменения в окружающей среде Солнца могут быть ключом к пониманию температурных колебаний Земли.
|
|
|
|
|
|
|
Подобно тому, как наша планета окружена атмосферой, так и вся наша Солнечная система заключена внутри своего рода «атмосферы», созданной Солнцем. Этот защитный пузырь, известный как гелиосфера, образуется непрерывным солнечным ветром заряженных частиц, исходящих от Солнца во всех направлениях.
|
|
|
|
Наша гелиосфера вращается вокруг центра нашей галактики, Млечного Пути. За 4,6 миллиарда лет существования Солнца наша гелиосфера прошла через различные регионы внутри нашей галактики. В статье, опубликованной 21 августа в журнале Annual Review of Astronomy and Astrophysics, исследователи из проекта SHIELD НАСА использовали компьютерное моделирование для обратного проектирования пути гелиосферы через нашу галактику, показав, что условия, через которые она проходила, могли вызвать изменения на Земле.
|
|
|
|
Мерав Офер, главный исследователь проекта SHIELD в Бостонском университете, и ее команда провели моделирование, которое показало, что Солнце сталкивалось с ледяными пространствами газа и пыли по меньшей мере три раза за последние несколько миллионов лет. В этих случаях массивные межзвездные «холодные облака» давили на гелиосферу до такой степени, что она сжималась до размеров меньше земной орбиты, оставляя нашу планету за пределами защитного щита Солнца.
|
|
|
|
Эти воздействия — приблизительно 2–3 миллиона лет назад, 6–7 миллионов лет назад и 13–14 миллионов лет назад — подвергли бы атмосферу Земли воздействию различных условий. Результаты моделирования совпадают с геологическими данными: элементы, преобладающие в межзвездной пыли, обнаруживаются в образцах кернов глубоководных осадочных пород, антарктическом снегу и лунных образцах тех периодов.
|
|
|
|
Эти события коллапса гелиосферы также могут объяснить древние климатические закономерности на Земле. В моделировании, когда атмосфера Земли подвергалась воздействию холодного, плотного галактического водородного облака, содержание водяного пара увеличивалось, а динамика верхних слоев атмосферы изменялась, что в конечном итоге меняло условия на поверхности. В целом, перемещения нашей гелиосферы через более холодные регионы нашей галактики могут быть ключевым фактором, определяющим некоторые из древних климатических изменений Земли, включая возможные ледниковые периоды.
|
|
|
|
Центр SHIELD — один из нескольких центров, финансируемых НАСА для открытия нового поколения исследований гелиосферы. Будучи научным центром DRIVE, SHIELD формирует команду исследователей с различным опытом, подходами и мнениями для разработки модели, или «цифрового двойника», гелиосферы, которая помогает выявить, как гелиосфера взаимодействует с окружающей средой, включая плотные межзвездные облака. Понимание нашей уникальной, пригодной для жизни Солнечной системы поможет разгадать тайны эволюции жизни на Земле и, возможно, обнаружить другие пригодные для жизни звездные системы.
|
|
|
|
В другой статье Владимир Айрапетян, ученый из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, фокусируется на давней загадке того, как древнее Солнце нагрело раннюю Землю настолько, чтобы поддерживать жизнь. Три миллиарда лет назад молодое Солнце было на 70% ярче, чем сегодня. В таких более тусклых условиях Земля должна была быть полностью замерзшей. Однако геологические данные показывают, что стабильная жидкая вода существовала задолго до этого. Эта загадка — теплая Земля под более холодным и тусклым Солнцем — известна как парадокс слабого молодого Солнца.
|
|
|
|
Один из ключей к разрешению парадокса кроется в молодых звездах, подобных Солнцу, в других частях галактики. Эти «маленькие» звезды склонны к вспышкам активности. В частности, данные с выведенного из эксплуатации космического телескопа НАСА «Кеплер» показывают, что молодые звезды, подобные Солнцу, регулярно испускают мощные сверхвспышки, ежедневно разбрасывая высокоэнергетические частицы во всех направлениях. Если бы наше молодое Солнце было похоже на эти другие звезды, предполагает Айрапетян, то этот поток высокоэнергетических солнечных частиц мог бы вызвать химические реакции, которые сыграли ключевую роль в потеплении ранней Земли.
|
|
|
|
Команда Айрапетяна смоделировала атмосферу ранней Земли в герметичной камере, смешав молекулярный азот, аммиак, углекислый газ и монооксид углерода. Затем они выпустили протоны в смесь, имитируя поток частиц от сверхвспышек. Эта бомбардировка протонами вызвала ряд изменений, включая образование закиси азота, парникового газа, в 300 раз более мощного, чем углекислый газ. Исследование было опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
Закись азота могла бы помочь Земле удерживать тепло. Но не вся закись азота сохранилась бы. Интенсивное ультрафиолетовое излучение молодого Солнца расщепило бы часть её, превратив молекулу обратно в азот и кислород. Но даже если бы сохранилось только 10% закиси азота, обнаруженной в эксперименте, компьютерное моделирование подтвердило, что она всё равно нагрела бы экваториальные области Земли примерно до 41 градуса по Фаренгейту (5 градусов по Цельсию), что выше точки замерзания воды. Это меньшее количество закиси азота могло бы даже ускорить пребиотический синтез: было обнаружено, что температуры чуть выше нуля более эффективны для построения сложных цепочек аминокислот, чем более высокие температуры.
|
|
|
|
Раскрывая секреты нашей звёздно-планетной системы
|
|
|
|
Вместе эти два исследования показывают, что Солнце может иметь удивительные последствия для Земли. Хотя наша планета во многом существует сама по себе, она сформировалась и всегда существовала как часть звёздно-планетной системы. Понимание этой уникальной взаимосвязи обещает новые открытия как о Земле, так и о звезде, которая её поддерживает.
|
|
|
|
Источник
|
