Данные показывают, что примерно каждую тысячу лет Земля подвергается воздействию экстремальной солнечной активности, которая может нанести серьезный вред озоновому слою и повысить уровень ультрафиолетового излучения на поверхности. Ученые проанализировали, что происходит во время такого экстремального события и показали, что в периоды, когда магнитное поле Земли слабое, эти события могут иметь драматическое влияние на жизнь на всей планете.

Смотрите также Магнитное поле Солнца вот-вот перевернется с ног на голову: почему это происходит и чего ждать

Магнитное поле Земли

Магнитное поле обеспечивает жизненно важный защитный экран для жизни, отклоняя электрически заряженное солнечное излучение. В нормальном состоянии оно функционирует как гигантский стержневой магнит, силовые линии которого поднимаются с одного полюса, огибают его и снова погружаются на другом полюсе, по схеме, которую иногда описывают как "перевернутый грейпфрут".

Вертикальная ориентация полюсов позволяет некоторому ионизирующему космическому излучению проникать вплоть до верхних слоев атмосферы, где оно взаимодействует с молекулами газа, создавая сияние, известное нам как полярное сияние.

Однако со временем поле очень сильно меняется. В прошлом веке северный магнитный полюс блуждал северной Канадой со скоростью около 40 километров в год, и поле ослабло более чем на 6%. Геологические записи показывают, что были периоды в течение веков и тысячелетий, когда магнитное поле было очень слабым или даже полностью отсутствовало.

Мы можем увидеть, что произошло бы без магнитного поля Земли, глядя на Марс, который потерял свое глобальное магнитное поле в далеком прошлом, и, как следствие, большую часть своей атмосферы и воды.

В мае не только Земля столкнулась с выбросом корональной массы Солнца. Радиация добралась и до Марса, но тот не смог так ловко ей противостоять. В результате это нарушило работу космического аппарата Mars Odyssey и привело к тому, что уровень радиации на поверхности Марса примерно в 30 раз превысил уровень, который можно было бы получить во время рентгена грудной клетки.

Читайте об этом Недавние солнечные вспышки вызвали полярные сияния даже на Марсе

Сила протонов

Внешняя атмосфера Солнца излучает постоянный фоновый поток электронов и протонов, известный как "солнечный ветер". Однако поверхность Солнца также излучает внезапные всплески энергии, преимущественно протонов, известные как солнечные вспышки.

Протоны намного тяжелее электронов и несут больше энергии, поэтому они проникают глубже в нашу атмосферу (ближе к поверхности), возбуждая молекулы газа в воздухе.

Сотни слабых солнечных вспышек происходят постоянно, но во время солнечных максимумов (пиков активности) растет не только количество вспышек и выбросов корональной массы, но и их мощность.

Ученые нашли следы мощных солнечных событий на протяжении всей истории Земли. Некоторые из самых экстремальных были в тысячи раз сильнее, чем что-либо, зафиксированное современными приборами.

Экстремальные события с солнечными частицами

Эти экстремальные события с солнечными частицами происходят примерно каждые тысячу или несколько тысячелетий. Последнее из них произошло около 993 года нашей эры и помогло датировать здания викингов в Канаде, поскольку оставило следы в деревьях, которые те срубили для своих хижин в 1021 году.

Меньше озона, больше радиации

Кроме непосредственного воздействия, солнечные вспышки могут также запустить цепь химических реакций в верхних слоях атмосферы, которые разрушают озоновый слой. Озон поглощает вредное солнечное ультрафиолетовое излучение, которое может повредить зрение и ДНК (увеличивая риск рака кожи), а также повлиять на климат.

В новом исследовании использовали большие компьютерные модели глобальной атмосферной химии, чтобы изучить влияние экстремального события с солнечными частицами.

Ученые обнаружили, что такое событие может истощить уровень озона на год или более, повышая уровень ультрафиолета на поверхности и увеличивая повреждения ДНК. Но если солнечное событие произошло в период, когда магнитное поле Земли было очень слабым, то повреждение озонового слоя длилось бы шесть лет, повышая уровень ультрафиолета на 25% и увеличивая скорость солнечно-индуцированного повреждения ДНК до 50%.

Смотрите также Как солнечные бури влияют на жизнь планеты и что делать человечеству

Взгляд в прошлое

Насколько вероятно такое смертоносное сочетание слабого магнитного поля и экстремальных солнечных протонных событий? Учитывая, как часто происходит каждое из них, кажется, что они случаются вместе относительно часто. На самом деле эта комбинация событий может объяснить несколько загадочных явлений в прошлом Земли.

Последний период слабого магнитного поля — включая временную смену северного и южного полюсов — начался 42 000 лет назад и длился около 1 000 лет. Примерно в это время произошло несколько важных эволюционных событий, таких как исчезновение последних неандертальцев в Европе и вымирание мегафауны сумчатых, включая гигантских вомбатов и кенгуру в Австралии.

Но есть в земной истории также примеры положительного влияния слабого магнитного поля. Ключевое эволюционное событие связано с геомагнитным полем Земли – возникновение многоклеточных существ в конце Эдиакарского периода (565 миллионов лет назад). Оно произошло во время периода в 26 миллионов лет, когда магнитное поле было почти разрушено. Это способствовало увеличению кислорода в океанах, которые стали щитом первых земных существ от губительного ультрафиолета и позволили им процветать.

Так же быстрая эволюция различных групп животных во время Кембрийского взрыва (около 539 миллионов лет назад) также была связана с геомагнетизмом и высоким уровнем ультрафиолета. Одновременная эволюция глаз и твердых оболочек тела у многих не связанных между собой групп была описана как лучшее средство для обнаружения и избежания вредного ультрафиолетового излучения.

А что сейчас

Сейчас нам волноваться не стоит. Наше магнитное поле сейчас сильное, поэтому даже если такие вспышки и произойдут, они не нанесут такого значительного вреда, который могли бы нанести со слабым полем.

Но ученые, судя по всему, до сих пор не знают, что это за "таинственные взрывы". Возможно, речь идет об обычных выбросах корональной массы, и на самом деле нет никакого нового типа взрывов, а может это действительно что-то особенное, что пробивается сквозь магнитное поле.