Потрясающее северное сияние в начале мая этого года продемонстрировало, насколько мощные солнечные бури могут излучать радиацию, но иногда солнце делает что-то еще более разрушительное. Эти взрывы протонов, вылетающих прямо с поверхности Солнца, известны как «события солнечных частиц», и они могут устремляться в космос, как прожектор.
Записи показывают, что примерно каждую тысячу лет на Земле происходит экстремальное явление солнечных частиц, которое может нанести серьезный ущерб озоновому слою и повысить уровень ультрафиолетового излучения на поверхности.
Мы проанализировали, что происходит во время такого экстремального события в Статья опубликована сегодняМы также показываем, что в периоды, когда магнитное поле Земли слабое, эти события могут оказать существенное влияние на жизнь на всей планете.
Критический магнитный щит Земли
Магнитное поле Земли обеспечивает критически важный для жизни защитный кокон, отражающий электрически заряженное излучение Солнца. Обычно он действует как гигантский стержневой магнит, силовые линии которого поднимаются от одного полюса, вращаются вокруг него, а затем снова опускаются на другом полюсе, образуя узор, который иногда называют «перевернутым грейпфрутом». Вертикальная ориентация полюсов позволяет некоторой ионизирующей космической радиации проникать в верхние слои атмосферы, где она взаимодействует с молекулами газа, создавая свечение, известное как северное сияние.
Однако магнитное поле со временем резко меняется. В прошлом веке Северный магнитный полюс перемещался по северной Канаде со скоростью около 40 километров в год, а магнитное поле ослабло из-за изменений в атмосфере. более 6%Геологические данные свидетельствуют о том, что были периоды, длившиеся столетия или тысячелетия, когда магнитное поле Земли было очень слабым или даже полностью отсутствовало.
Koya979/Shutterstock
Мы можем увидеть, что произошло бы без магнитного поля Земли, взглянув на Марс, который потерял свое глобальное магнитное поле в древнем прошлом и, как следствие, большую часть своей атмосферы. В мае, вскоре после северного сияния, Мощная солнечная частица ударила по Марсу. Он вышел из строя Марс Одиссея Космический корабль вызвал уровень радиации на поверхности Марса примерно в 30 раз выше, чем тот, который можно получить при рентгене грудной клетки.
Сила протонов
Внешняя атмосфера Солнца испускает непрерывный, колеблющийся поток электронов и протонов, известный как «солнечный ветер». Однако поверхность Солнца также периодически испускает всплески энергии, в основном протоны, в виде солнечных частиц, которые часто связаны с солнечными вспышками.
Протоны намного тяжелее электронов и несут больше энергии, поэтому они достигают меньших высот в атмосфере Земли, возбуждая молекулы газа в воздухе. Однако эти возбужденные частицы излучают только рентгеновские лучи, которые невозможно увидеть невооруженным глазом.
Сотни событий со слабыми солнечными частицами происходят каждый солнечный цикл (около 11 лет), но ученые на протяжении всей истории Земли находили следы гораздо более сильных событий. Некоторые из самых экстремальных событий были в тысячи раз мощнее, чем все, что было зафиксировано современными приборами.
Экстремальные события, связанные с солнечными частицами
Эти экстремальные явления, связанные с солнечными частицами, происходят примерно каждые несколько тысяч лет. Последний из них произошел около 993 года нашей эры и используется, чтобы показать, что здания викингов в Канаде использовались. Вырубка из дерева в 1021 году нашей эры..
Меньше озона, больше радиации
Помимо своего непосредственного эффекта, события, вызванные солнечными частицами, могут также вызвать серию химических реакций в верхних слоях атмосферы, что может привести к истощению озона. Озон поглощает вредные ультрафиолетовые лучи солнца, которые могут повредить зрение и ДНК (повышая риск рака кожи), а также повлиять на климат.
в нашей стране Новое исследованиеМы использовали большие компьютерные модели глобальной химии атмосферы, чтобы изучить последствия экстремального явления солнечных частиц.
Мы обнаружили, что такое событие может привести к истощению уровня озона на год или около того, повышению уровня поверхностного ультрафиолета и увеличению повреждения ДНК. Но если событие солнечных протонов произойдет в период, когда магнитное поле Земли было очень слабым, повреждение озона будет сохраняться в течение шести лет, увеличивая уровень УФ-излучения на 25% и увеличивая скорость повреждения ДНК, вызванного Солнцем, до 50%. .
Взрывы частиц из прошлого
Но насколько вероятно это смертельное сочетание слабого магнитного поля и интенсивных солнечных протонных событий? Учитывая частоту возникновения каждого из них, они, вероятно, будут происходить вместе относительно часто.
Фактически, эта комбинация событий может объяснить многие загадочные события, произошедшие в прошлом Земли.
Самый последний период слабости магнитного поля, включая временное смещение северного и южного полюсов, начался 42 000 лет назад и длился около тысячи лет. В последующий период произошло несколько крупных эволюционных событий. Это произошло примерно в это времяТакие как исчезновение последних неандертальцев в Европе и вымирание крупных сумчатых, в том числе Гигантские вомбаты и кенгуру в Австралии.
Более крупное эволюционное событие также было связано с магнитным полем Земли. Происхождение многоклеточных животных произошло в конце эдиакарского периода (565 миллионов лет назад), что зафиксировано в окаменелостях, найденных в горах Флиндерс в Южной Австралии, после периода эволюции в 26 миллионов лет. Слабое или отсутствующее магнитное поле.
Аналогичным образом, быстрая эволюция различных групп животных во время кембрийского взрыва (около 539 миллионов лет назад) также была связана с геомагнетизмом и высоким уровнем ультрафиолетового излучения. Также была связана одновременная эволюция глаз и твердых оболочек тела в нескольких несвязанных группах. Описано Как лучший способ обнаружить и избежать вредных входящих ультрафиолетовых лучей, в «Побеге от света».
Мы только начинаем исследовать роль солнечной активности и магнитного поля Земли в истории жизни.