Дані показують, що приблизно кожну тисячу років Земля зазнає впливу екстремальної сонячної активності, яка може завдати серйозної шкоди озоновому шару і підвищити рівень ультрафіолетового випромінювання на поверхні. Вчені проаналізували, що відбувається під час такої екстремальної події та показали, що в періоди, коли магнітне поле Землі слабке, ці події можуть мати драматичний вплив на життя на всій планеті.
Дивіться також Магнітне поле Сонця ось-ось перевернеться з ніг на голову: чому це відбувається і чого чекати
Магнітне поле Землі
Магнітне поле забезпечує життєво важливий захисний екран для життя, відхиляючи електрично заряджене сонячне випромінювання. У нормальному стані воно функціонує як гігантський стрижневий магніт, силові лінії якого піднімаються з одного полюса, огинають його і знову занурюються на іншому полюсі, за схемою, яку іноді описують як "перевернутий грейпфрут".
Вертикальна орієнтація полюсів дозволяє деякому іонізуючому космічному випромінюванню проникати аж до верхніх шарів атмосфери, де воно взаємодіє з молекулами газу, створюючи сяйво, відоме нам як полярне сяйво.
Однак, з часом поле дуже сильно змінюється. У минулому столітті північний магнітний полюс блукав північною Канадою зі швидкістю близько 40 кілометрів на рік, і поле ослабло більш ніж на 6%. Геологічні записи показують, що були періоди протягом століть і тисячоліть, коли магнітне поле було дуже слабким або навіть повністю відсутнім.
Ми можемо побачити, що сталося б без магнітного поля Землі, дивлячись на Марс, який втратив своє глобальне магнітне поле в далекому минулому, і, як наслідок, більшу частину своєї атмосфери та води.
У травні не лише Земля зіткнулася з викидом корональної маси Сонця. Радіація дісталася й до Марса, але той не зміг так вправно їй протистояти. У результаті це порушило роботу космічного апарата Mars Odyssey і призвело до того, що рівень радіації на поверхні Марса приблизно в 30 разів перевищив рівень, який можна було б отримати під час рентгену грудної клітки.
Читайте про це Нещодавні сонячні спалахи спричинили полярні сяйва навіть на Марсі
Сила протонів
Зовнішня атмосфера Сонця випромінює постійний фоновий потік електронів і протонів, відомий як "сонячний вітер". Однак поверхня Сонця також випромінює раптові сплески енергії, переважно протонів, відомі як сонячні спалахи.
Протони набагато важчі за електрони і несуть більше енергії, тому вони проникають глибше в нашу атмосферу (ближче до поверхні), збуджуючи молекули газу в повітрі.
Сотні слабких сонячних спалахів відбуваються постійно, але під час сонячних максимумів (піків активності) зростає не лише кількість спалахів та викидів корональної маси, а й їхня потужність.
Учені знайшли сліди потужних сонячних подій протягом всієї історії Землі. Деякі з найбільш екстремальних були в тисячі разів сильнішими, ніж будь-що, зафіксоване сучасними приладами.
Екстремальні події з сонячними частинками
Ці екстремальні події з сонячними частинками відбуваються приблизно кожні тисячу або кілька тисячоліть. Остання з них сталася близько 993 року нашої ери й допомогла датувати будівлі вікінгів у Канаді, оскільки лишила сліди в деревах, які ті зрубали для своїх хатин у 1021 році.
Менше озону, більше радіації
Окрім безпосереднього впливу, сонячні спалахи можуть також запустити ланцюг хімічних реакцій у верхніх шарах атмосфери, які руйнують озоновий шар. Озон поглинає шкідливе сонячне ультрафіолетове випромінювання, яке може пошкодити зір і ДНК (збільшуючи ризик раку шкіри), а також вплинути на клімат.
У новому дослідженні використовували великі комп'ютерні моделі глобальної атмосферної хімії, щоб вивчити вплив екстремальної події з сонячними частинками.
Вчені виявили, що така подія може виснажити рівень озону на рік або більше, підвищуючи рівень ультрафіолету на поверхні і збільшуючи пошкодження ДНК. Але якщо сонячна подія сталася в період, коли магнітне поле Землі було дуже слабким, то пошкодження озонового шару тривало б шість років, підвищуючи рівень ультрафіолету на 25% і збільшуючи швидкість сонячно-індукованого пошкодження ДНК до 50%.
Дивіться також Як сонячні бурі впливають на життя планети та що робити людству
Погляд у минуле
Наскільки ймовірним є таке смертоносне поєднання слабкого магнітного поля та екстремальних сонячних протонних подій? Враховуючи, як часто відбувається кожна з них, здається, що вони трапляються разом відносно часто. Насправді ця комбінація подій може пояснити кілька загадкових явищ у минулому Землі.
Останній період слабкого магнітного поля — включаючи тимчасову зміну північного і південного полюсів — розпочався 42 000 років тому і тривав близько 1 000 років. Приблизно в цей час відбулося кілька важливих еволюційних подій, таких як зникнення останніх неандертальців у Європі та вимирання мегафауни сумчастих, включаючи гігантських вомбатів і кенгуру в Австралії.
Але є в земній історії також приклади позитивного впливу слабкого магнітного поля. Ключова еволюційна подія пов'язана з геомагнітним полем Землі – виникнення багатоклітинних істот наприкінці Едіакарського періоду (565 мільйонів років тому). Воно відбулося під час періоду в 26 мільйонів років, коли магнітне поле було майже зруйноване. Це сприяло збільшенню кисню в океанах, які стали щитом перших земних істот від згубного ультрафіолету й дозволили їм процвітати.
Так само швидка еволюція різноманітних груп тварин під час Кембрійського вибуху (близько 539 мільйонів років тому) також була пов'язана з геомагнетизмом і високим рівнем ультрафіолету. Одночасна еволюція очей і твердих оболонок тіла у багатьох не пов'язаних між собою груп була описана як найкращий засіб для виявлення та уникнення шкідливого ультрафіолетового випромінювання.
А що зараз
Зараз нам хвилюватися не варто. Наше магнітне поле зараз сильне, тому навіть якщо такі спалахи й стануться, вони не завдадуть такої значної шкоди, якої могли б завдати зі слабким полем.
Але вчені, судячи з усього, досі не знають, що це за "таємничі вибухи". Можливо, мова йде про звичайні викиди корональної маси, і насправді немає ніякого нового типу вибухів, а може це дійсно щось особливе, що пробивається крізь магнітне поле.