Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
Все десять лет, прошедшие с того момента, как Свенсмарк и его коллеги в Копенгагене впервые рассказали о связи между космическими лучами, облаками и климатом, концепция датских ученых либо оставалась «незамеченной», либо подвергалась жесткой критике. Идея Свенсмарка могла ослабить модную сегодня гипотезу о глобальном потеплении, и сопротивление было ожесточенным. Поэтому финансировать исследования Свенсмарка никто не спешил. Чтобы возразить критикам и привлечь к открытию то внимание, которое оно заслуживало, команде датских ученых пришлось разобраться в том, как именно космические лучи влияют на формирование облаков. В четвертой главе вы найдете ответ на этот вопрос.
Вот о чем эта история: чем больше космических лучей, тем больше облаков и тем прохладнее наш мир — по той причине, что космические лучи участвуют в образовании облаков.Как ни странно такое звучит, но метеорологи и климатологи никогда в действительности не знали, откуда берутся облака. Самые элементарные учебники сообщают, что если влажный воздух сильно охладить, то влага конденсируется, и получаются облака. Но ведь сначала должны образоваться маленькие «точки», плавающие в воздухе, — так называемые ядра облакообразования, без которых капли воды не смогут сформироваться. Наиболее важные «точки» — это опять-таки крохотные капельки, состоящие из молекул серной кислоты и воды. Их тоже должен кто-то «высеять» в воздухе, но как это происходит — оставалось тайной. В 1996 году исследовательский самолет, совершая полет над Тихим океаном, наткнулся на явление чрезвычайно стремительного создания «точек» облакообразования, что противоречило всем господствовавшим метеорологическим теориям.
Найти разгадку помог большой короб с воздухом в подвале Датского национального космического центра. Там в 2005 году провели эксперимент под названием «SKY». Космические лучи, пройдя через потолок лаборатории, попадали внутрь камеры, где высвобождали электроны. Те, в свою очередь, побуждали молекулы собираться в группы и образовывать «микроточки», способные соединяться в более крупные «точки», необходимые для формирования облаков. Быстрота электронов и их эффективность в выполнении данной работы застали экспериментаторов врасплох.
В 2006 году начались другие лабораторные испытания для выяснения того, как ведут себя в атмосфере космические лучи. Международная команда ученых, работающая в ЦЕРНе, в Европейской лаборатории физики элементарных частиц в Женеве, приступила к эксперименту «CLOUD», более детально проработанному, чем «SKY», где для имитации космических лучей используются ускоренные частицы. На первой стадии ученые точно воспроизвели эксперимент «SKY», но используя дополнительные инструменты.
В ходе копенгагенского эксперимента был найден последний, недостающий кусочек мозаики под названием «Приключения космических лучей». Он дал полное представление о том, как космические лучи убегают от взрывающихся звезд и прорываются с боями через нижний слой земной атмосферы, где воздействуют на облака и климат. Теперь ученым стало более понятно, как менялось количество заряженных частиц, прилетающих из космоса, с начала времен. Как мы увидим в пятой главе, приток космических лучей зависит не только от состояния Солнца, но и от нашего местоположения в Галактике.
За компанию с Землей Солнце путешествует среди звезд по своей орбите вокруг центра Млечного Пути. Иногда оно оказывается в темных областях, где яркие, горячие, взрывные звезды довольно редки. Там относительно мало космических лучей, и тогда климат на Земле становится теплым. Геологи называют такие периоды межледниковьем. В другие периоды, когда звездный свет и космические лучи интенсивны, мир входит в суровую ледниковую эпоху, и тогда основную часть пейзажа составляют ледники и снежные покровы.
Один израильский ученый принял на вооружение идеи датских коллег о космических лучах и климате и выдвинул свою теорию, объясняющую существенные изменения потока заряженных частиц тем, что Солнечная система посещает яркие спиральные рукава Млечного Пути. На протяжении 500 миллионов лет существования животного мира на Земле переключения между теплыми и холодными фазами случались четыре раза. Согласно теории космических лучей, эпоха динозавров пришлась на холодную фазу, так как в мезозойскую эру Солнце проходило через один такой галактический рукав. Большинство геологов и палеонтологов считали эту эру в общем-то теплой, но теперь мы получили убедительные доказательства из Австралии, что тогда на суше был лед. В те холодные времена, когда космические лучи были сильны, маленькие динозавры отращивали перья, чтобы удержать тепло. Как подтвердили китайские палеонтологи, некоторые такие динозавры в то время развились в птиц.
Путешествуя по галактическому диску, Солнце то выпрыгивает из него, то ныряет обратно подобно игривому дельфину — скачет вверх и вниз, каждый раз проходя сквозь плоскость Галактики, где космические лучи особенно сильны. Это движение также отражается на климате Земли, но изменения в этом случае происходят в четыре раза чаще, чем изменения, вызванные прохождением через спиральные рукава. Как доказательство того, что теория космических лучей действительно работает, данные о климате теперь используются, чтобы уточнить астрономические факты и цифры, описывающие наш Млечный Путь.
На протяжении миллиардов лет сама Галактика менялась, и небесные события иногда вызывали на Земле столь холодные условия, что даже в тропиках царствовали ледники и айсберги. Тогда земной шар почти полностью оледеневал, и шестая глава начинается с рассказа о том впечатляющем состоянии нашей планеты, который геологи назвали «Земля-снежок». Земле дважды пришлось пережить такое: приблизительно 2,3 миллиарда лет назад и 700 миллионов лет назад.
Эпизоды оледенения Земли совпали по времени со «звездными взрывами» — безумствами звездных рождений и смертей в Млечном Пути, вызванными столкновением с другой галактикой. Сильный поток космических лучей вызвал тучи облаков — мир помрачнел и накрылся снежным одеялом. Живым организмам пришлось срочно приспосабливаться к новым условиям, и это привело к грандиозным эволюционным изменениям. Именно во время последнего эпизода «Земли-снежка» возникли многоклеточные организмы.
С другой стороны, на заре своей жизни Земля оказалась более теплой, чем вы могли бы ожидать, зная, что молодое Солнце было значительно слабее сегодняшнего. Но зато Солнце намного лучше справлялось с отражением космических лучей. Это способствовало созданию благоприятных условий для ранней жизни, что подтверждают и древние гренландские скалы, возраст которых 3,8 миллиарда лет. Уже с тех пор живые существа страдают от вечно меняющегося климата. Краткий обзор истории жизни показывает, как под мощными ударами космических лучей она чрезмерно кренится то в сторону скудости, то в сторону изобилия.
За последние три миллиона лет некоторые горячие, взрывные звезды устроили Солнцу и Земле засаду из последовательных взрывов сверхновых, находившихся по соседству и усиливавших космические лучи. Седьмая глава рассматривает возможные связи между звездными катаклизмами и опустыниванием Африки, повлекшим за собой выход на сцену людей и появление первых каменных орудий. По меньшей мере одна сверхновая звезда оказалась достаточно близко, чтобы усеять нашу планету экзотическими изотопами, которые теперь можно найти на дне океанов.
Но, должно быть, по соседству с нами взорвалось несколько звезд, и на Земле случилось несколько резких похолоданий. Попытаться связать эти события и понять, что явилось причиной, а что следствием, — вот настоятельная задача, решить которую исследователи надеются с помощью новейших орбитальных детекторов гамма-излучения. Если человечество обязано своим существованием сверхновым звездам, то у астрономов есть весомый повод отыскать доказательства их существования. В этих поисках объединяются различные отрасли науки — и все благодаря теории «космических лучей, облаков и климата».
Космоклиматология, как мы назвали ее, — это новая область науки, открывающая много возможностей для исследователей. Восьмая глава дает представление о некоторых из них и рассказывает о самых передовых открытиях, сделанных в различных направлениях. Бесконечность Галактики и долгая история меняющегося климата и жизни на Земле оставляют ученым широкое пространство для совершенствования своих научных представлений. Новый взгляд на наши отношения с Солнцем и на ту роль, которую играет его магнитное поле, опекающее Землю, может сузить область поисков инопланетной жизни.
Пока Солнце по-прежнему продолжает регулировать поступление космических лучей, но никто не знает, что будет потом. Возможно, придется переоценить реальный вклад человечества в изменение климата. По этим причинам не стоит верить грандиозным климатическим прогнозам, но космоклиматология могла бы предложить полезные советы людям, благополучие которых зависит от капризов погоды.
