Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
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.
В небо поднимутся исследовательские аэростаты и самолеты, несущие специальное оборудование для охоты за «точками». Они должны будут подтвердить: то, что исследователи видят в своих лабораторных экспериментах в Копенгагене или Женеве, происходит также «взаправду», на открытом воздухе. Усовершенствование наших представлений об атомных и молекулярных механизмах формирования облаков — это другая задача. Успех придет только тогда, когда исследователи смогут хорошенько обсчитать воздействие космических лучей на образование облаков и их свойства. Причем обсчитать в такой степени, чтобы точно оценить вклад этих лучей в нынешние изменения климата — как в глобальном, так и в региональных масштабах. Вклад, меняющийся в соответствии с колебаниями потоков заряженных частиц, которые вынуждены подчиняться прихотливому магнитному настроению Солнца.
Лучше узнать ГалактикуАстрономам также предстоит немало сделать, чтобы отшлифовать свой вклад в космоклиматологию, и речь идет не только о сверхновых Пояса Гулда, которыми завершилась предыдущая глава. Самое интересное начинается, когда мы задаемся вопросом: откуда вообще берутся заряженные частицы, которые разгоняются в космических ускорителях остатков сверхновых? Сейчас распространено мнение, что производство этих частиц достигает пика через сто тысяч лет после взрыва звезды.
Система наземных гамма-телескопов в Намибии, получившая название HESS[99], — очень чувствительный инструмент. С его помощью были обнаружены несколько неизвестных ранее объектов. Возможно, это газовые облака, подвергшиеся атакам космических лучей, которые были испущены остатками давней сверхновой, только сейчас вступающими в «рабочий режим». Как было объявлено в 2006 году, один яркий участок неба — яркий в гамма-лучевом смысле — лежит почти точно по направлению к центру Млечного Пути. Астрономы, работающие на HESS, полагают, что космические лучи в этом районе Галактики интенсивнее и быстрее тех, что достигают солнечных владений. Джим Хинтон из Института ядерной физики общества Макса Планка в Гейдельберге сообщил, что идентификация этого яркого объекта была лишь первым шагом:
«Конечно, мы все еще продолжаем направлять наши телескопы на центр Галактики и будем работать не покладая рук, чтобы точно определить, где находится космический ускоритель. Я уверен, что нас ждет еще много восхитительных открытий»[100].
Орбитальные рентгеновские телескопы «Чандра»[101] и «Ньютон»[102] детально исследовали близлежащие и относительно молодые остатки сверхновой. Хотя эти источники, возможно, еще не стали солидными фабриками по производству космических лучей, они уже показывают ударные волны такого типа, который предположительно разгоняет частицы до очень высоких энергий. Космические обсерватории обнаруживают рентгеновское излучение, испускаемое ускоренными электронами. В 2005 году «Чандра» представила первое убедительное свидетельство ускорения в космосе отдельных протонов и атомных ядер.
«Чандра» также устремила свой взор на остатки сверхновой Тихо Браге, вспыхнувшей на земном небе в 1572 году. Эту сверхновую отнесли к типу 1а[103], а не к тем типам массивных сверхновых, которые полагают ответственными за большую часть космических лучей в Галактике. Пусть так, однако и остатки сверхновой Тихо Браге подбросили свою загадку: астрономы «Чандры» обнаружили, что атомное вещество, выброшенное из звезды, перемещается в космосе с гораздо большей скоростью, чем это предсказывают стандартные теории. Джессика Уоррен из Рутгерского университета (штат Нью-Джерси, США) подозревает, что теории придется менять:
«Наиболее вероятное объяснение такому поведению — это то, что значительная часть энергии ударной волны, направленной наружу, уходит на разгон атомных ядер до скоростей, приближающихся к скорости света»[104].
Магнитные поля, пронизывающие Млечный Путь и направляющие космические лучи в наши пределы, должны быть точнее отмечены на карте, для того чтобы мы представляли себе, с каким потоком космических лучей придется столкнуться Земле, когда она будет проходить через спиральные рукава. Ключом к магнитному полю может служить направление колебаний радиоволн (говоря более научно, направленное колебание векторов напряженности электрического поля или напряженности магнитного поля), то есть их поляризация. Ученым, занимающимся исследованиями в этой области, поможет мощный радиотелескоп «SKA»[105]. В рамках этого глобального проекта, пока окончательно не утрясенного, на огромной площадке в Австралии или Южной Африке будет построено множество радиоантенн, совокупная площадь которых позволит улавливать самые слабые радиосигналы из космоса.
Неясным остается также вопрос о концентрации заряженных частиц в плоском диске Млечного Пути, куда Солнце ныряет и откуда выныривает каждые 32–34 миллиона лет. Движение Млечного Пути в межгалактическом пространстве вызывает ударные волны, порождающие галактические космические лучи. Порой даже высказывались предположения, что именно магнитное поле Галактики экранирует нас от многих частиц, составляющих подобного рода потоки. Если это так, то Земле должно доставаться больше высокоэнергетических космических лучей, когда Солнце поднимается выше или опускается ниже срединной плоскости диска. По мнению Свенсмарка, климатические данные свидетельствуют об обратном, потому что как раз пребывание Солнечной системы вне срединной плоскости галактического диска связано с теплыми периодами на Земле, соответствующими низкому уровню космических лучей.
Приключения Солнца и Земли в их путешествии по Млечному Пути говорят нам о том, что бывают разные ситуации, влияющие на приток космических лучей и, соответственно, на климат Земли. Однако наши представления о том, что делали наши соседи-звезды и вся Галактика в далеком прошлом, все еще очень поверхностны.
Каждый раз, когда Солнце входит в относительно плотное облако межзвездного газа во время своего путешествия по Галактике, происходит сжатие гелиосферы и содержащегося в ней солнечного магнитного поля. Эта картина заставляет предположить, что, проходя через такое облако, Земля подвергается атаке большого количества заряженных частиц, и подтверждение этому находится в виде бериллия-10, попавшего в гренландский и антарктический льды приблизительно 60 тысяч и 33 тысячи лет назад. Столкновения с «Местным пухом» — небольшими плотными газовыми облаками в той области Местного межзвездного облака, по которой Солнечная система летит в настоящее время, — могут уменьшить гелиосферу на четверть ее сегодняшнего диаметра и удвоить интенсивность галактических космических лучей.
Присцилла Фриш из Чикагского университета рассмотрела воздействие газовых облаков на космическую среду, окружающую Землю, и на то, что она назвала «галактической погодой». Сегодня Солнце находится в той области, где межзвездный газ необычайно разрежен. В принципе, реконструкции прошлых столкновений Солнечной системы с газовыми облаками должны бы стать частью общего анализа истории космических лучей в масштабе геологического времени, но, если говорить о практической стороне дела, события, произошедшие более миллиона лет назад, могут быть недоступны для научного поиска. Что же касается будущего, то новые прохождения Солнечной системы через «Местный пух» весьма вероятны. Однако, изучив карту Галактики, Фриш пришла к утешительному выводу: «Траектория Солнца позволяет предположить, что Солнечная система, возможно, не столкнется с большим плотным облаком по меньшей мере еще несколько миллионов лет»[106].
