Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
Начав с относительно простого утверждения, подкрепленного спутниковыми данными, о том, что космические лучи могут влиять на облачность, Свенсмарк волей-неволей втянулся в разработку новых тем: от физической химии рождающейся в небе серной кислоты до развития Галактики и от аномальной температуры в Антарктике до вечно меняющейся продуктивности биосферы. Ожерелье из космических лучей, облаков и климата почти готово, однако на нитке еще много места для других жемчужин. Изучение уже сделанных открытий и обоснование необходимых выводов могли бы обеспечить работой десятки научных руководителей и аспирантов. Некоторые из таких возможностей будут обрисованы в последней главе.
8. Программа действий для климатологии
Космические лучи высоких энергий объясняют многие детали рассказанной истории.
Нам нужно яснее представлять себе, что происходило с нашей Галактикой.
Хроника климата Земли тоже требует уточнений.
Наша зависимость от Солнца побуждает нас активнее искать внеземную жизнь.
Климатология должна не вещать и не провозвещать, а приносить пользу.
Летом 2006 года Свенсмарк с помощью своего сына Якоба продолжил вычисления параметров, описывающих судьбу космических лучей в земной атмосфере. Немецкая программа «КОРСИКА» помогла им с большой точностью рассчитать, что ослабление магнитного поля Земли не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на климат. Как уже было объяснено во второй главе, космические лучи, рождающие те мюоны, которые проникают в нижние слои атмосферы, обладают столь высокими энергиями, что практически «не замечают» никаких изменений в магнитном поле Земли. Если земной магнетизм и влияет на потоки мюонов, то лишь в пределах 3 процентов от общего количества этих частиц, рожденных космическими лучами.
Расчеты, сделанные с помощью программы «КОРСИКА», также пролили новый свет на иные астрономические и солнечные процессы, которые управляют заряженными частицами и климатом, и эти процессы оставляют далеко позади все вопросы, связанные с магнитным полем Земли. После того как несколько остававшихся загадок были решены и многие сомнения растаяли словно по волшебству, Свенсмарк торжествующе воскликнул: «Доказательств множество; наша история похожа на сказку, воплощающуюся в жизнь»[96].
Космические лучи, порожденные каким-либо близким источником, например, сверхновой (именно о них шла речь в предыдущей главе), — это лишь часть общей картины. В гораздо большей пропорции космические лучи содержат в себе другие высокоэнергетические частицы, рожденные очень далеко: многие из таких частиц, покидая Галактику, тоже попадают на Землю. Расчеты показывают, что если взять две равные дозы тех и других космических лучей, то частицы, испущенные взорвавшейся поблизости сверхновой, породят в атмосфере в три раза больше мюонов, чем фоновые космические лучи галактического происхождения. Подсчет бериллия-10 и других специфических атомов, оставленных космическими лучами относительно слабых энергий, которые «работают» лишь на больших высотах, приведет к заниженной оценке воздействия сверхновой на климат. Есть и обратная сторона той же медали: когда магнитное поле Земли ослабевает, число атомов бериллия-10 резко возрастает, однако на высокоэнергетических мюонах, участвующих в облакообразовании и таким образом влияющих на климат, это изменение земного магнетизма почти не отражается.
Магнитное поле Солнца гораздо более влиятельно, чем земное. Расчеты, сделанные Свенсмарком с помощью программы «КОРСИКА», предсказывают, что вариации в ходе одиннадцатилетнего цикла солнечной активности должны приводить к существенным колебаниям в количестве мюонов, достигающих нижнего, двухкилометрового слоя атмосферы, — отклонения могут составлять до 10 процентов. Это совпадает с тем, что фиксируют датчики мюонов близ уровня моря, и объясняет тот факт, что в течение солнечного цикла изменения в облачном покрове составляют 3–4 процента.
Другая загадка, ответ на которую сейчас уже найден, немного напоминала проблему с магнитным полем Земли. Время от времени намагниченная ударная волна, порожденная большим выбросом на Солнце, вызывает резкое снижение числа заряженных частиц, попадающих на Землю, — на 5–10 процентов, а иногда и больше. Как мы рассказывали во второй главе, такие явления получили название Форбуш-эффектов — в честь Скотта Форбуша, их открывшего, — и они должны были бы приводить к заметным сокращениям земной облачности.
Но, как правило, этого не происходит, и отсутствие видимых связей послужило аргументом против гипотезы о том, что космические лучи влияют на образование облаков. Расчеты, сделанные с помощью программы «КОРСИКА», опять подтверждают, что солнечные ударные волны воздействуют на частицы, образующие мюоны, куда в меньшей степени, чем на общий поток космических лучей. Потому-то Форбуш-эффекты и не влияют напрямую на облака, чего от них можно было ожидать. Тем не менее иногда они все же воздействуют на климат. Так, отзываясь на некоторые события, происходившие на Солнце в 1991 году, облачность на Земле действительно уменьшилась.
Занимаясь экспериментальной и теоретической работой одновременно, Свенсмарк, как человек-оркестр, часто работал дома по вечерам и выходным. Маленькая группа его соратников в Датском национальном космическом центре была в основном занята экспериментом «SKY» и изучала химию облакообразования, вызываемого космическими лучами. Не меньше времени отнимали и встречи, разработка документации и прочие подготовительные мероприятия для приближавшегося эксперимента в Женеве. Весной 2006 года Найджел Марш, бок о бок проработавший со Свенсмарком восемь лет, улетел в Норвегию.
Несмотря на эти трудности и постоянные хлопоты, связанные с поиском денег для проекта, Свенсмарк радовался, потому что видел: его работа, начавшаяся в 1996 году, движется вперед и открывает новые темы, которые привлекают разных специалистов из других стран. Космические лучи и их связь с климатом стали предметом быстро развивающейся, полноценной области науки. Свенсмарк придумал для нее название и предложил создать Центр исследований по космоклиматологии.
«Эта новая область научных исследований изучает внеземные события, воздействующие на климат Земли на всех временных шкалах — от долей секунды до миллиардов лет, — и рассматривает влияние этих событий на земную жизнь — в прошлом, настоящем и будущем»[97].
Курс научных изысканий, видимый уже сейчас, далеко выходит за рамки традиционного обмена «твердой», вошедшей в учебники информацией между специалистами в различных областях знаний. При каждом повороте этот курс прямо выводит нас к передовым рубежам науки, будь то химия атмосферы, астрономия, геология или биология.
Молекулярный механизм формирования облаковЛюбой, кто все еще полагает, что исследование связи между космическими лучами и облаками — экстравагантное отступление от традиционных метеорологии и климатологии, предпринятое несколькими чудаками, должен учесть, что в ЦЕРНе сооружается специальная установка для эксперимента «CLOUD», осуществляемого под руководством Джаспера Киркби. На момент написания этой книги к эксперименту привлечены пятьдесят специалистов из семнадцати институтов Австрии, Дании, Финляндии, Германии, Норвегии, России, Швейцарии, Великобритании и США. Мы будем последними, кто объявит, будто численная весомость — надежный индикатор научной добротности, и все же проект с использованием ускорителя частиц, проект, побудивший принять участие в исследованиях такой широкий круг известных специалистов по атмосфере и солнечно-земной физике, вряд ли можно считать легкомысленным. То, что эксперимент проводится именно в ЦЕРНе, вселяет в ученых особый оптимизм.
«Космические исследования уже показали, как „большая наука“, соединяя специалистов разных дисциплин, может самым поразительным образом умножать наши знания об окружающем мире»[98].
Эксперимент «CLOUD» начнется в Женеве в 2010 году. Первым делом ученые повторят эксперимент «SKY», поставленный Свенсмарком, но на усовершенствованном оборудовании, сам же проект «CLOUD» рассчитан на несколько лет. Заряженные частицы, разгоняемые ускорителем, будут имитировать космические лучи, и это позволит лучше понять, какую роль играют реальные космические лучи в создании «точек» облакообразования на всевозможных высотах в атмосфере. В группу вошли пытливые и увлеченные исследователи, прекрасно понимающие, что заря космоклиматологии только начинается.
В ходе эксперимента «CLOUD» ученые будут прослеживать электрические и молекулярные события, которые происходят на отрезках времени, измеряемых долями секунды, часами и днями. Казалось бы, это исчерпывает доступный диапазон временных шкал. Однако экспериментаторы надеются расширить диапазон до миллиардолетий: они получат возможность испытать действие космических лучей в специальных смесях газов, которые воспроизведут атмосферу Земли, существовавшую в древнейшие времена, когда ее состав сильно отличался от сегодняшнего.
