Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
Есть еще одна находка, которая рассказывает нам что-то очень важное об условиях жизни на Земле, — пусть даже мы не вполне понимаем, в чем смысл этого рассказа. Существует на удивление тесная связь между крайними значениями интенсивности космических лучей и крайними значениями колебаний в продуктивности биосферы (включая те пики высокой и низкой продуктивности, которые твердо установлены современной наукой) — связь, отчетливо проявляющаяся при подсчете углерода-13. Очевидно, космоклиматологический «стресс» может оказывать как благотворное, так и вредоносное воздействие на продуктивность биосферы. Возьмем для примера цветущие растения. Что вызвало их появление? Может быть, этому способствовало наступление ледников, сопровождавшееся бодрящими погодными условиями, быстрой континентальной эрозией и благодатным распространением питательных веществ?
Ну хорошо, продуктивность биосферы связана с изменениями климата. А какова связь между климатом и биоразнообразием, количеством видов? Ведь биоразнообразие — это еще один показатель благополучия жизни, весьма отличный от биопродуктивности. Как давно известно палеонтологам, исчезновение старых видов и появление новых, более приспособленных к изменившейся окружающей среде, — это свидетельство того, что изменения климата могут подталкивать эволюцию. Но история взаимоотношений земной жизни и космических лучей осложняется вмешательством комет и астероидов. Обрушиваясь на нашу планету, они приводят к колоссальным потерям в биоразнообразии, причем сопутствующие таким катаклизмам массовые вымирания не зависят от состояния климата в ту или иную эпоху. После вымираний появляется большое количество новых видов, пустоты заполняются, и биопродуктивность вновь набирает обороты. Такая жизнестойкость наводит на мысль, что жизнь каким-то образом запрограммирована справляться с кризисами, которые подкидывает нам яростная Вселенная.
Заряженные частицы из космоса также могут влиять на скорость эволюции более непосредственно, вызывая мутации генов. Когда поток космических лучей возрастал особенно сильно, ускоряла ли эволюция свой шаг?
И каковы были последствия этого возрастания для молекулярных часов, которые эволюционисты используют для определения сроков тех или иных событий? Ход часов во многом зависит от незначительных генных мутаций, выявить которые можно путем сравнения измененных и неизмененных участков ДНК, а для этого надо либо непосредственно читать молекулу ДНК, либо изучать небольшие отклонения в белках, создаваемых по указанию генов. Апеллируя к сравнительной геномике и протеомике, космоклиматология выходит на передовой рубеж биологии.
Прочесть руны СолнцаИсследования космических лучей, описанные в этой книге, начались с анализа вариаций в нынешнем поведении Солнца и рассмотрения того, как эти вариации влияют на изменения климата. Европейское космическое агентство выступило за более широкое изучение роли Солнца. В результате этой инициативы родился проект ISAC[109], в котором объединили свои усилия ученые из Имперского колледжа (Лондон), Шведского института космической физики (отделение в городе Лунд) и Датского национального космического центра (Копенгаген). Солнце проявляет себя трояким образом: оно испускает видимый и невидимый свет, гонит солнечный ветер, воздействующий на геомагнитное поле, и модулирует потоки космических лучей. Цель нового проекта — изучить все аспекты этого тройственного поведения и подсказать разработчикам климатических моделей, как они могут учесть влияние Солнца в компьютерных программах, имитирующих изменения климата.
По мнению Свенсмарка, заряженные частицы, проникающие в нижние слои атмосферы, оказывают большее влияние на климат, чем любые другие «агенты солнечного влияния». И уж куда большее, чем природные силы Земли, будь то извержения вулканов или события Эль-Ниньо, которые придают тепла восточной части Тихого океана и миру в целом.
Связь между космическими лучами, облаками и климатом остается сегодня такой же важной, какой она была на протяжении миллиардов лет. Любая попытка предсказать климат на годы и десятилетия вперед будет, следовательно, опираться на возможность прогнозировать вариации космических лучей. На таких коротких отрезках времени вряд ли можно ожидать серьезных перемен в нашем галактическом окружении, поэтому колебания потоков космических лучей, значимые для земного климата, полностью зависят от изменений в солнечном магнитном поле. И если кто-то хочет составить серьезный климатический прогноз, он должен прежде всего научиться предсказывать поведение нашего светила.
Вся ответственность здесь ложится на плечи физиков, специализирующихся на изучении Солнца. От них и так уже требуют предсказывать солнечную магнитную активность, потому что солнечные бури угрожают здоровью и даже жизни космонавтов, работающих на орбите, нарушают работу спутников в космосе и энергетических и коммуникационных систем на Земле. Те, кто планирует отправить пилотируемый корабль на Луну или Марс, тоже хотели бы уменьшить возможные риски и выбрать более спокойный период.
Попытки предсказать количество солнечных пятен в одиннадцатилетнем цикле предпринимаются в течение долгого времени, но успешными их пока не назовешь. В любом случае связь между числом солнечных пятен и частотой солнечных бурь весьма приблизительна. Например, в сентябре 2005 года, когда число пятен снизилось, приближаясь к солнечному минимуму, небольшая группа солнечных пятен разразилась девятью выбросами в течение одной лишь недели, обозначив тем самым начало одной из самых мощных хромосферных вспышек за последние полвека. Дэвид Хатауэй из Национального центра космических наук и технологий в Хантсвилле (штат Алабама, США) был донельзя удручен этим событием: «Солнечный минимум выглядит странно похожим на солнечный максимум»[110].
Интенсивность космических лучей также весьма вольным образом согласуется с количеством солнечных пятен. Да, в общем и целом, когда солнечных пятен мало, интенсивность космических лучей достаточно высока, а когда пятен много, приток лучей снижен, и тем не менее здесь нет простого соотношения «один к одному». Реакция космических лучей на поведение Солнца может опережать рост или убыль солнечных пятен либо отставать от этих изменений на год и даже больше. В 2000 году продолжался солнечный максимум, и пятен на Солнце было весьма много, а вот количество заряженных частиц, проникающих в атмосферу Земли, снизилось без соблюдения каких бы то ни было «пропорций» — оно упало до уровня 1979 года, когда солнечных пятен было намного больше.
История космических лучей, рассказанная радиоактивными атомами, предполагает, что у Солнца есть долгие циклы в 200 и 1400 лет, связанные с усилением и ослаблением его магнитного щита. Некоторые доблестные эксперты пытаются прочесть будущее по солнечным рунам, прокрутив циклы вперед. Одни утверждают, что солнечное магнитное поле, более чем удвоившее свою силу в течение двадцатого века, будет оставаться сильным до 2020-х годов, а это означает, что приток космических лучей не увеличится, облаков станет еще меньше, и продолжится рост среднемировой температуры. Другие подозревают, что напряженность поля достигла своего пика и вскоре начнет падать.
Кто прав? Ответ туп и печален: никто. Поведение Солнца пока предсказать невозможно. Даже одиннадцатилетний и двадцатидвухлетний солнечные циклы не поняты до конца. Причины более продолжительных циклов ускользают от исследователей, хотя кое-какие идеи и возникают. Например, было высказано предположение, что все дело — в покачиваниях солнечного ядра, вызываемых гравитационным воздействием планет, которые обращаются вокруг нашего светила. Если мы хотим грамотно предсказывать поведение космических лучей и, таким образом, составлять надежные климатические прогнозы, нужно, чтобы физика Солнца — и теоретическая, и наблюдательная — сделала не один шаг вперед.
Как упоминалось в пятой главе, Юджин Паркер из Чикагского университета, пионер исследований солнечного ветра, хотел бы, чтобы число солнцеподобных звезд, за магнетизмом которых налажено постоянное наблюдение, возросло с десяти до тысячи. Это помогло бы лучше понять поведение нашего Солнца и осознать, на какие крайности оно способно. Исследователи уже зафиксировали на других звездах спады магнитной активности, которые можно сопоставить с малым ледниковым периодом на Земле, но вот пики активности, аналогичные той, которая, возможно, происходила на Солнце при внезапных потеплениях в ходе последнего ледникового периода, пока засечь не удалось.
Ученых, стремящихся научиться предсказывать поведение нашего светила, обескураживает то, как трудно оказалось измерить силу его магнитного поля. Это связано с тем, что области над солнечными полюсами мы видим сбоку — и с Земли, и с большинства космических станций. Космический аппарат «Улисс» ходит по околосолнечной орбите над полюсами и измеряет магнитное поле Солнца в космосе, однако на аппарате нет приборов, способных дистанционно измерить напряженность поля на видимой поверхности светила. Этот недостаток будет устранен при последующих космических полетах к Солнцу.
