Два исследования NASA переписывают историю земного климата: от ледниковых периодов до зарождения жизни

Солнце — это не просто вечный источник света и тепла, который мы видим каждое утро. За последние годы учёные всё чаще приходят к выводу, что его влияние на Землю гораздо сложнее и драматичнее, чем считалось ранее. Два новых исследования, проведённых при поддержке NASA, переворачивают привычные представления о климатической истории нашей планеты. Они показывают, что ключевые события в жизни Земли — от великих оледенений до возникновения условий для зарождения жизни — могли быть напрямую связаны с поведением Солнца и его путешествием по Млечному Пути. И это не фантастика, а результаты сложного компьютерного моделирования и лабораторных экспериментов, которые впервые связали воедино астрофизику, геологию и климатологию.

Начнём с того, что мы привыкли считать себя надёжно защищёнными. Вокруг всей Солнечной системы существует огромный пузырь, называемый гелиосферой. Его создаёт солнечный ветер — постоянный поток заряженных частиц, который словно обдувает планеты, отталкивая опасное межзвёздное излучение и космическую пыль. Однако, как выяснила группа исследователей под руководством Мерава Офер из Бостонского университета, эта защита не всегда была стабильной. Оказалось, что за последние несколько миллионов лет Солнце со всей своей свитой как минимум трижды врезалось в области галактики, заполненные плотными и холодными облаками газа и пыли. Это происходило примерно 2–3, 6–7 и 13–14 миллионов лет назад. Давление таких облаков было настолько сильным, что гелиосфера сжималась до размеров, меньших, чем орбита Земли. Наша планета в эти эпохи буквально оказывалась за пределами солнечного «защитного кокона» и напрямую контактировала с агрессивной межзвёздной средой.

Самое удивительное, что даты этих космических «аварий» идеально совпадают с геологическими находками. В пробах из глубоководных осадков, антарктического льда и даже лунного грунта учёные находят изотопы, характерные именно для межзвёздной пыли, и их концентрация резко возрастает в те же самые временные интервалы. Но это не просто совпадение. Согласно расчётам, когда земная атмосфера оказывалась открытой для вторжения плотного галактического водорода, в верхних её слоях менялся баланс водяного пара и других соединений. Эти изменения, словно по цепочке, передавались в нижние слои атмосферы и в конечном счёте влияли на климат у поверхности. Исследователи предполагают, что именно такие эпизоды могли запускать или усиливать масштабные ледниковые периоды, которые до сих пор списывали исключительно на колебания земной орбиты или вулканическую активность. Получается, что климатические «качели» прошлого — это не только внутренние дела нашей планеты, но и отпечаток её пути по рукавам Млечного Пути.

Вторая часть этой научной истории уводит нас в гораздо более древнее прошлое, более трёх миллиардов лет назад. Тогда Солнце светило на 30% слабее, чем сегодня, и по всем физическим законам Земля должна была представлять собой замёрзший ледяной шар. Однако геологические данные неумолимо свидетельствуют об обратном: уже тогда на планете существовала жидкая вода, а значит, было тепло. Этот парадокс, известный как «проблема тусклого молодого Солнца», мучил астрономов и климатологов десятилетиями. И вот теперь у него появилось элегантное решение. Владимир Айрапетян из Центра космических полётов имени Годдарда и его коллеги обратили внимание на молодые звёзды, похожие на наше Солнце в его «детстве». Наблюдения телескопа «Кеплер» показали, что такие звёзды ежедневно испускают чудовищные супервспышки, выбрасывая потоки высокоэнергетических частиц.

Учёные решили воспроизвести этот процесс в лаборатории. Они создали в герметичной камере смесь газов, которая считалась типичной для ранней земной атмосферы: азот, аммиак, углекислый газ и угарный газ. Затем они бомбардировали эту смесь протонами, имитируя солнечные частицы. Результат превзошёл ожидания: в ходе реакций образовалась закись азота — вещество, которое в 300 раз эффективнее удерживает тепло, чем углекислый газ. Компьютерное моделирование показало, что для спасения от глобального оледенения хватило бы совсем малого количества этого газа. Если бы всего 10% от лабораторно полученной закиси азота сохранялось в атмосфере, средняя температура у экватора поднялась бы примерно до +5 °C, что вполне достаточно для существования океанов.

Но это ещё не всё. Самый интригующий вывод заключается в том, что такие условия могли не просто предотвратить замерзание, но и подготовить почву для химии жизни. Оказалось, что при температурах чуть выше нуля сборка длинных цепочек аминокислот, предшественников биологических молекул, идёт эффективнее, чем при более высоких значениях. Иными словами, супервспышки молодого Солнца не только согревали планету, но и создавали мягкий, щадящий режим, идеальный для тех самых предбиологических процессов, которые в итоге привели к возникновению жизни.

Что же в итоге? Оба исследования, опубликованные в авторитетных научных журналах, показывают, насколько глубоко и неочевидно связаны космос и земной климат. Солнце — это не статичный фон, а активный участник нашей истории, который менялся сам и менял условия на планете как в масштабах миллионов лет, так и в самые первые эпохи её существования. Эти работы оригинальны тем, что они впервые предлагают физические механизмы, связывающие конкретные астрономические события с конкретными климатическими сдвигами, подтверждёнными геологическими летописями. Для климатологии это означает, что мы должны смотреть на изменения температуры не только вниз, под ноги, но и вверх, в глубины галактики. Понимание этих связей не только проясняет прошлое Земли, но и даёт нам новый инструмент для поиска обитаемых миров у других звёзд: теперь мы знаем, что пригодность планеты для жизни зависит не только от расстояния до светила, но и от того, насколько бурной была его молодость и по каким районам галактики оно путешествовало.

Источник: Science Daily