Niesamowite zorza polarna na początku maja tego roku zademonstrował moc, jaką burze słoneczne może emitować jako promieniowanie, ale czasami słońce robi coś o wiele bardziej destrukcyjnego. Znane jako „wydarzenia cząstek słonecznych”, te wybuchy protonów bezpośrednio z powierzchni słońca mogą wystrzelić jak reflektor w przestrzeń kosmiczną.
Zapisy pokazują, że co około tysiąc lat Ziemia zostanie uderzona przez ekstremalne zjawisko cząstek słonecznych, które może spowodować poważne uszkodzenie warstwy ozonowej i wzrost poziomu promieniowania ultrafioletowego (UV) na powierzchni.
Przeanalizowaliśmy, co dzieje się podczas tak ekstremalnego zdarzenia w artykuł opublikowany Poniedziałek (1 lipca). Pokazujemy również, że w czasach, gdy Pole magnetyczne Ziemi jest słaba, wydarzenia te mogą mieć dramatyczny wpływ na życie na całej planecie.
Krytyczna tarcza magnetyczna Ziemi
Pole magnetyczne Ziemi zapewnia niezbędny ochronny kokon dla życia, odchylając naładowane elektrycznie promieniowanie ze słońca. W normalnym stanie działa jak gigantyczny magnes sztabkowy z liniami pola wznoszącymi się z jednego bieguna, zapętlającymi się i opadającymi z powrotem na drugim biegunie, w układzie czasami opisywanym jako „odwrócony grejpfrut”. Pionowa orientacja na biegunach pozwala, aby część jonizującego promieniowania kosmicznego przenikała w dół aż do górnych warstw atmosfery, gdzie oddziałuje z cząsteczkami gazu, tworząc blask, który znamy jako zorzę polarną.
Jednak pole to zmienia się bardzo w czasie. W ciągu ostatniego stulecia północny biegun magnetyczny wędrował przez północną Kanadę z prędkością około 40 kilometrów na rok, a pole to osłabło o ponad 6%Zapisy geologiczne wskazują, że zdarzały się okresy trwające całe stulecia lub tysiąclecia, w których pole geomagnetyczne było bardzo słabe lub w ogóle nie występowało.
Możemy zobaczyć, co by się stało bez pola magnetycznego Ziemi, patrząc na Marsa, który w starożytnej przeszłości stracił swoje globalne pole magnetyczne, a w rezultacie większość swojej atmosfery. W maju, niedługo po zorzy polarnej, silne zdarzenie cząstek słonecznych uderzyło w Marsa. Zakłóciło to działanie Odyseja Marsjańska statku kosmicznego i spowodował wzrost poziomu promieniowania na powierzchni Mars około 30 razy więcej niż to, co otrzymasz w skrzyni rentgenowski.
Moc protonów
Zewnętrzna atmosfera Słońca emituje stały, fluktuujący strumień elektronów i protonów znany jako „wiatr słoneczny”. Jednak powierzchnia Słońca również sporadycznie emituje wybuchy energii, głównie protonów, w zdarzeniach cząstek słonecznych — które często są związane z rozbłyskami słonecznymi.
Protony są znacznie cięższe od elektronów i przenoszą więcej energii, więc osiągają niższe wysokości w atmosferze Ziemi, wzbudzając cząsteczki gazu w powietrzu. Jednak te wzbudzone cząsteczki emitują tylko promienie rentgenowskie, które są niewidoczne gołym okiem.
Setki słabych zdarzeń cząstek słonecznych występują w każdym cyklu słonecznym (około 11 lat), ale naukowcy znaleźli ślady znacznie silniejszych zdarzeń w całej historii Ziemi. Niektóre z najbardziej ekstremalnych były tysiące razy silniejsze niż cokolwiek zarejestrowanego przez współczesne instrumenty.
Ekstremalne zdarzenia związane z cząstkami słonecznymi
Do takich ekstremalnych zdarzeń związanych z cząstkami słonecznymi dochodzi mniej więcej co kilka tysiącleciOstatni z nich miał miejsce około 993 r. n.e. i miał na celu pokazanie, że wikingowie w Kanadzie używali drewno ścięte w 1021 r. n.e..
Mniej ozonu, więcej promieniowania
Oprócz bezpośredniego efektu, zdarzenia związane z cząstkami słonecznymi mogą również zapoczątkować łańcuch reakcji chemicznych w górnych warstwach atmosfery, które mogą zubożyć warstwę ozonową. Ozon pochłania szkodliwe promieniowanie UV, które może uszkodzić wzrok, a także DNA (zwiększając ryzyko raka skóry), a także wpłynąć na klimat.
W naszym nowe badaniewykorzystaliśmy duże komputerowe modele globalnego chemii atmosferycznej do zbadania skutków ekstremalnych zdarzeń związanych z cząstkami słonecznymi.
Odkryliśmy, że takie zdarzenie może obniżyć poziom ozonu na rok lub dłużej, podnosząc poziom UV na powierzchni i zwiększając uszkodzenia DNA. Ale jeśli zdarzenie protonów słonecznych nastąpiłoby w okresie, gdy pole magnetyczne Ziemi byłoby bardzo słabe, wówczas uszkodzenia ozonu trwałyby sześć lat, zwiększając poziom UV o 25% i zwiększając tempo uszkodzeń DNA wywołanych przez słońce nawet o 50%.
Wybuchy cząstek z przeszłości
Jak prawdopodobne jest to zabójcze połączenie słabego pola magnetycznego i ekstremalnych zdarzeń protonów słonecznych? Biorąc pod uwagę, jak często każde z nich występuje, wydaje się prawdopodobne, że zdarzają się one razem stosunkowo często.
W rzeczywistości ta kombinacja zdarzeń może wyjaśnić kilka tajemniczych zdarzeń w przeszłości Ziemi.
Ostatni okres słabego pola magnetycznego — w tym tymczasowe przełączenie biegunów północnego i południowego — rozpoczął się 42 000 lat temu i trwał około 1000 lat. Kilka ważnych wydarzeń ewolucyjnych miało miejsce mniej więcej w tym czasietakie jak zniknięcie ostatnich neandertalczyków w Europie i wyginięcie megafauny torbaczy w tym gigantyczne wombaty i kangury w Australii.
Jeszcze większe wydarzenie ewolucyjne zostało również powiązane z polem geomagnetycznym Ziemi. Pochodzenie zwierząt wielokomórkowych pod koniec okresu ediakarskiego (od 565 milionów lat temu), odnotowane w skamieniałości w górach Flinders w Australii Południowejnastąpiło po 26-milionowym okresie słabe lub nieobecne pole magnetyczne.
Podobnie szybka ewolucja różnych grup zwierząt w Eksplozja kambryjska (około 539 milionów lat temu) również powiązano z geomagnetyzmem i wysokim poziomem promieniowania UV. Jednoczesna ewolucja oczu i twardych skorup ciała w wielu niespokrewnionych grupach została Opisano jako najlepszy sposób wykrywania i unikania szkodliwych promieni UV, w ramach „ucieczki przed światłem”.
Dopiero zaczynamy zgłębiać rolę aktywności Słońca i pola magnetycznego Ziemi w historii życia.
Niniejszy edytowany artykuł został przedrukowany z Rozmowa na licencji Creative Commons. Przeczytaj oryginalny artykuł.
