Астрофизики подсчитали вероятность того, что 2 миллиона лет назад Земля подверглась воздействию холодных и суровых межзвездных облаков.

Около двух миллионов лет назад Земля была совсем другой: наши первые человеческие предки жили рядом с саблезубыми тиграми, мастодонтами и огромными грызунами. И, в зависимости от того, где они находились, им могло быть холодно: около 12 000 лет назад Земля пережила глубокую заморозку и многочисленные ледниковые периоды сменяли друг друга.

Ученые предполагают, что ледниковые периоды происходят по ряду причин, включая наклон и вращение планеты, смещение тектонических плит, извержения вулканов и уровень углекислого газа в атмосфере. Но что, если такие резкие изменения являются результатом не только окружающей среды Земли, но и расположения Солнца в галактике?

В новой работе, опубликованной в журнале Natural Astronomy, ведущий автор и астрофизик Мерав Офер — профессор астрономии Бостонского университета и научный сотрудник Гарвардского института Рэдклиффа — нашла доказательства того, что около двух миллионов лет назад Солнечная система столкнулась с межзвездным облаком, настолько плотным, что оно могло помешать солнечному ветру. Офер и ее соавторы считают, что это свидетельствует о том, что расположение Солнца в космосе может влиять на историю Земли сильнее, чем считалось ранее.

Вся наша Солнечная система окружена защитным плазменным щитом, исходящим от Солнца и называемым гелиосферой. Она состоит из постоянного потока заряженных частиц, называемого солнечным ветром, который простирается далеко за пределы Плутона, окутывая планеты в то, что НАСА называет «гигантским пузырем».

Оно защищает нас от радиации и галактических лучей, которые могут изменить ДНК, и ученые считают, что это одна из причин, по которой жизнь на Земле развивалась именно так, как она развивалась. Согласно одной из недавних статей, холодное облако сжало гелиосферу таким образом, что на короткое время Земля и другие планеты Солнечной системы оказались вне влияния гелиосферы.

«Эта работа впервые количественно показывает, что произошло столкновение между Солнцем и чем-то за пределами Солнечной системы, что могло повлиять на климат Земли», — говорит Офер, эксперт по гелиосфере.

Ее модели буквально сформировали наше научное представление о гелиосфере и о том, как этот пузырь структурируется под действием солнечного ветра, сталкивающегося с межзвездной средой — пространством между звездами и за пределами гелиосферы в нашей галактике. Согласно ее теории, гелиосфера по форме напоминает слоеный круассан — идея, которая потрясла сообщество космической физики.

Теперь он проливает новый свет на то, как гелиосфера и то, как Солнце движется в космосе, могут влиять на химический состав атмосферы Земли.

«Звезды движутся, и теперь эта работа показывает, что они не только движутся, но и претерпевают радикальные изменения», — говорит Офер. Она впервые обнаружила это исследование и начала работать над ним во время годичной стажировки в Гарвардском институте Рэдклиффа.

Чтобы изучить этот феномен, Офер и ее коллеги, по сути, заглянули в прошлое, используя сложные компьютерные модели, чтобы представить, где находилось Солнце два миллиона лет назад, а вместе с ним гелиосфера и остальные части Солнечной системы. Они также нанесли на карту путь местной системы «Лента холодных облаков» — цепочки больших, плотных и очень холодных облаков, состоящих в основном из атомов водорода.

Моделирование показало, что одно из облаков в конце этой ленты, названное местным холодным облаком Lynx, могло столкнуться с гелиосферой.

Если бы это произошло, говорит Офер, Земля была бы полностью подвержена воздействию межзвездной среды, где газ и пыль смешиваются с остатками атомных элементов взорвавшихся звезд, включая железо и плутоний.

Обычно гелиосфера отфильтровывает большую часть этих радиоактивных частиц. Но без защиты они могут легко достичь Земли. Согласно статье, это согласуется с геологическими данными, показывающими увеличение содержания ⁶⁰Fe (железо-60) и ²⁴⁴ изотопов Pu (плутоний-244) в океане, на Луне, в снежных и ледяных кернах Антарктики за тот же период времени. Это время также совпадает с температурными показателями, которые указывают на период похолодания.

«Наше космическое соседство за пределами Солнечной системы лишь в редких случаях влияет на жизнь на Земле», — говорит Ави Леб, директор Института теории и вычислений Гарвардского университета и соавтор статьи.

«Приятно обнаружить, что несколько миллионов лет назад мы прошли сквозь плотные облака, возможно, подвергнув Землю гораздо большему потоку космических лучей и атомов водорода. Наши результаты открывают новое окно в связь между эволюцией жизни на Земле и нашим космическим соседством».

По словам Офер, внешнее давление со стороны местного холодного облака Рыси могло надолго блокировать гелиосферу на срок от пары сотен до миллиона лет — в зависимости от размера облака. «Но как только Земля удалилась от холодного облака, гелиосфера охватила все планеты, включая Землю, — говорит она. И так происходит сегодня.

Невозможно точно определить, какой эффект холодные облака оказали на Землю — как будто они могли спровоцировать ледниковый период. Но есть еще несколько холодных облаков в межзвездной среде, с которыми Солнце, вероятно, столкнулось за миллиарды лет, прошедшие с момента его рождения, говорит Офер. И, вероятно, через миллион лет или около того оно столкнется еще с несколькими.

Сейчас Офер и ее коллеги работают над тем, чтобы проследить, где находилось Солнце семь миллионов лет назад и даже больше. Точное местоположение Солнца миллионы лет назад, а также системы холодных облаков можно определить с помощью данных, собранных миссией Gaia Европейского космического агентства, которая строит самую большую трехмерную карту галактики и обеспечивает беспрецедентный обзор галактики. скорость движения звезд.

«Это облако действительно было в нашем прошлом, и если бы мы пересекли что-то настолько массивное, то оказались бы в межзвездной среде», — говорит Офер. Эффект от пересечения с таким количеством водорода и радиоактивного материала неясен, поэтому Офер и ее команда в научном центре DRIVE SHIELD (Solar Wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-Scale Dynamics) сейчас изучают, какой эффект это может оказать на Землю. радиации, а также атмосферы и климата.

«Это только начало», — говорит Офер. Она надеется, что эта работа откроет путь к гораздо более глубокому изучению того, как на Солнечную систему влияли внешние силы в глубоком прошлом и как эти силы, в свою очередь, формировали жизнь на нашей планете.