Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
Вот такой была эта удивительная последовательность событий — от наступления льда на севере до изменений жевательных мышц у приматов в Африке несколько сотен тысячелетий спустя. Понятно, почему поиск причины похолодания стал такой сложной задачей. И когда ученые обнаружили, что в дело вмешалась сверхновая, оказавшаяся слишком близко к Земле, — это добавило и ажиотажа, и противоречий.
Липучка для звездных атомовСледы сверхновой были найдены на дне Тихого океана в виде редких, необычайно тяжелых атомов железа. В конкрециях нашей, земной металлической руды, усеивающих дно океана, они сохранились как чужеродные сувениры. В 1870-е годы английские океанографы, работавшие на борту корабля Ее величества «Челленджер», обнаружили в глубинах моря железо-марганцевые отложения — они либо выстилают дно плоской коркой, либо лежат в виде округлых желваков. Сто лет спустя вокруг этих отложений поднялась большая шумиха: посыпались предложения организовать их добычу для извлечения марганца, столь нужного промышленности.
В 1976 году немецкое исследовательское судно «Вальдивия» подняло с глубокого тихоокеанского дна образцы конкреций. В то время никто даже представить себе не мог, что железо-марганцевые отложения действуют подобно липкой бумаге, к которой приклеиваются прилетевшие со звезд атомы, и, следовательно, они сохраняют для нас хронологию событий, происходивших в далеком космосе. Но оказалось, что это именно так, когда в конце 1990-х команда, возглавляемая Гюнтером Коршинеком из Мюнхенского технологического университета, стала искать доказательства того, что за последние несколько миллионов лет по соседству с нами существовала хоть одна сверхновая звезда.
На бескрайних просторах Вселенной взрывающиеся звезды играют роль алхимиков. Ядерные реакции превращают одни элементы в другие, создавая строительный материал для планет и живых существ. Получившиеся в результате атомы рассеиваются в космосе, и некоторые из них могут в конце концов попасть на поверхность Земли. Однако ученые из Мюнхенского университета столкнулись с серьезными трудностями, когда попытались идентифицировать эти атомы.
В глубинах космического пространства звездное вещество становится чрезвычайно разреженным. Даже если бы сверхновая находилась действительно близко, очень немногие из вновь образованных атомов достигли бы Земли. Более того, наша планета и все, что на ней есть, вылеплены из элементов, произошедших из похожих источников — из звезд, что жили и умерли еще до того, как Солнце и его выводок планет появились на свет. Вы не сможете отличить обычный атом железа с недавно взорвавшейся сверхновой от такого же, но попавшего на Землю во времена сотворения мира.
Фокус заключался в том, чтобы найти такие атомы, попавшие к нам с взорвавшейся звезды, у которых сегодня на нашей планете не было бы двойников. Иначе говоря, они должны быть радиоактивными, но их возраст должен быть намного меньше возраста Земли — ведь аналогичные атомы, присутствовавшие при рождении планеты, давным-давно трансформировались в другие атомы. С другой стороны, слишком быстро распадающиеся радиоактивные атомы не смогут достичь Земли или исчезнут вскоре после своего прибытия, и современные следопыты не найдут их. Поле для поисков сузилось, и на нем остались атомы со средней продолжительностью жизни, а ученым лишь оставалось надеяться на то, что взрыв близлежащей сверхновой случился относительно недавно, так что хотя бы некоторые из атомов смогли выжить.
Самым лучшим кандидатом стал изотоп железа — железо-60, который значительно тяжелее обычных атомов железа-56. Период полураспада железа-60 составляет 1,5 миллиона лет, а его следы сохраняются еще более 10 миллионов лет. Физики определили, что атомы железа-60, вероятнее всего, зарождаются на сверхновых.
Чтобы найти такие атомы, пойманные в ловушку Земли, нужна исключительная квалификация, но Коршинек и его соратники, работавшие в своей лаборатории в Гаршинге, научном пригороде Мюнхена, обладали всем необходимым для работы. Огромный ускоритель частиц, совмещенный с масс-спектрометром, сортировал атомы по их весам, разгоняя частицы до высоких скоростей и заставляя отклоняться с помощью мощного магнита. Техника ловко наводила порядок среди атомов почти одинакового веса. Даже если бы на десять квадриллионов атомов нашелся всего один изотоп железа-60, аналитическая система в Гаршинге сумела бы распознать его.
Сенсационная новость была опубликована в октябре 2004 года, когда группа получила первое отчетливое свидетельство того, что некогда поблизости от Земли действительно находилась сверхновая. Железо-60 было обнаружено в образце железо-марганцевых отложений, помеченном ярлыком «237kd», он был приятно плоским, и, очевидно, формирование его шло по всем правилам подводной геологии. Около тридцати лет прошло с тех пор, как «Вальдивия» подняла его с пятикилометровой глубины и привезла на станцию на юго-западе Гавайев.
Это был не первый образец, исследованный Коршинеком и его группой. В 1999 году они нашли заметный след, оставленный несколько миллионов лет назад атомами железа-60 в образцах железо-марганцевой руды из другой части Тихого океана. Они изучили только три поверхностных слоя, данных было очень мало, а неточностей оставалось много. Но это раннее исследование служит важным доказательством того, что сверхновая оставила свои следы во многих местах, чего от нее вполне можно было ожидать.
Применение тонких технологий позволило провести более детальный анализ образца «237kd». На дне океана корка железо-марганцевых отложений набирала толщину очень медленно, со скоростью один сантиметр за 4 миллиона лет. Исследователи смогли определить возрасты двадцати восьми различных слоев, охватив период в 13 миллионов лет. Когда они посчитали атомы железа-60 с помощью масс-спектрометра, те в основном концентрировались в трех соседних слоях, приблизительно соответствующих возрасту 2,8 миллиона лет.
До этого само существование железа-60 в космосе было лишь теоретическим предположением, хотя и были косвенные указания на то, что атомы такого железа входили в состав древних метеоритов. Спутник НАСА «РЕССИ»[88] обнаружил железо-60 среди звезд как раз тогда, когда мюнхенская команда отыскала следы сверхновой в образце железо-марганцевой корки. Атомы железа-60 смешиваются с другими распознаваемыми продуктами недавних звездных взрывов в Млечном Пути, однако их можно выявить благодаря гамма-лучам, испускаемым в процессе радиоактивного распада. После вывода на орбиту в 2006 году спутника Европейского космического агентства «Интеграл» дело обнаружения в космосе железа-60 было поставлено на твердую основу.
«Космическая зима»Астрофизики, все еще пытающиеся в полной мере понять звезды и получше разобраться в ядерных реакциях, происходящих во время разнообразных звездных взрывов, очень обрадовались найденному в космосе железу-60. Брайан Филдс из Иллинойсского университета давно предполагал, что близкорасположенные взрывающиеся звезды должны были оставить атомные следы на Земле. Он с энтузиазмом приветствовал результаты из Мюнхена:
«Это экспериментаторский триумф и веха на пути наших исследований…»[89] «Обнаружение железа-60 дает ученым надежду, что продолжение поиска радиоактивности в глубинах океана поможет лучше понять природу сверхновых звезд. Можно развернуть рассуждения в обратную сторону и использовать рисунок наблюдаемой радиоактивности, чтобы изучить „пепел“, оставшийся от ядерного горения сверхновой, — он может многое рассказать о ядерном огне, питающем энергией взрывающиеся звезды»[90].
Если же говорить о самих атомных детективах, то они пришли к четкому пониманию того, что сверхновая оказала воздействие на обитателей Земли и, возможно, имела отношение к происхождению человека. Об этом ясно говорит фраза, которой Гюнтер Коршинек и его коллеги завершили свой официальный доклад: «Взрыв сверхновой мог спровоцировать изменение климата и, возможно, внес значительные поправки в эволюцию гоминидов».
В своей работе они также ссылались и на теорию Свенсмарка о космических лучах, облаках и климате, говорящую о возможной связи между взрывами сверхновых и жизнью на Земле. Похожие соображения о роли, которую сыграла сверхновая, взорвавшаяся в относительной близости от Земли, уже высказывались и ранее. За несколько лет до описанных событий Брайан Филдс из Иллинойсского университета и Джон Эллис, теоретик из лаборатории физики элементарных частиц в ЦЕРНе, выдвинули предположение, что взрыв сверхновой мог вызвать то, что они назвали «космической зимой». О возможном влиянии космических лучей на облака Эллису рассказал другой физик из ЦЕРНа, Джаспер Киркби, который в свою очередь услышал это от Свенсмарка. Киркби уже занимался подготовкой проекта «CLOUD», и ему хотелось заручиться поддержкой коллег. Вот так и крутится колесо открытия, мало-помалу набирая обороты…
