Сможет ли атмосфера Земли выдержать удар сверхновой? Ответ учёных

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Взрывы сверхновых — одни из самых грандиозных катаклизмов во Вселенной, способные в одно мгновение высвободить энергию, сравнимую с излучением звезды за всю её жизнь. Эти космические огненные бури, безусловно, представляют угрозу для жизни, стирая с лица планет целые биосферы. Но насколько мы, жители Земли, защищены от этой угрозы? Не станет ли наша атмосфера, этот кажущийся таким надёжным щитом, хрупкой пеленой перед лицом космического огня?


Долгое время считалось, что Земля, находясь в относительно спокойном уголке галактики, защищена от подобных катаклизмов. Однако последние исследования показали, что наше космическое соседство не так уж и безмятежно. Мы находимся внутри Местного пузыря — области разреженного газа, возникшей в результате серии взрывов сверхновых миллионы лет назад. И хотя эти взрывы не уничтожили жизнь на Земле, они заставляют задуматься о том, насколько губительными могут быть последствия подобных событий в будущем.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Communications Earth & Environment, учёные попытались ответить на этот вопрос, используя передовые компьютерные модели. Они смоделировали взаимодействие атмосферы Земли с мощным потоком излучения, которое испускает сверхновая, и пришли к неожиданным выводам.

Атмосфера Земли защищает её от взрыва Сверхновой, иллюстрация
Автор: Designer

Оказалось, что наш главный защитник — озоновый слой, который оберегает нас от губительного ультрафиолета, — гораздо устойчивее, чем считалось ранее. Даже при стократном увеличении уровня радиации, что эквивалентно взрыву сверхновой на расстоянии около 300 световых лет, потери озона составят всего около 10%. Это, конечно, заметное снижение, сравнимое с влиянием антропогенного загрязнения, но катастрофических последствий для биосферы не предвидится.

Потенциальные атмосферные и климатические последствия близкой сверхновой.
Автор: Christoudias, T., Kirkby, J., Stolzenburg, D. et al. Earth's atmosphere protects the biosphere from nearby supernovae. Commun Earth Environ 5, 326 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01490-9 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Удивительно, но в некоторых регионах планеты, например, на полюсах, ионизирующее излучение сверхновой может даже способствовать образованию озона.

Конечно, моделирование — это лишь приближение к реальности. Учёные признают, что не учитывали ряд факторов, например, прямое воздействие радиации на живые организмы.


Вверху: относительное изменение (a) NOx (NO + NO2), (b) HOx (OH + HO2) и (c) O3. Пунктирная линия показывает среднюю высоту тропопаузы. Внизу: коэффициент относительного увеличения (d) бисульфат-ионов (HSO4), (e) скорости образования новых частиц (>1,7 нм) и (f) общей концентрации аэрозолей в результате 100-кратного увеличения интенсивности ГКЛ от близкой сверхновой.
Автор: Christoudias, T., Kirkby, J., Stolzenburg, D. et al. Earth's atmosphere protects the biosphere from nearby supernovae. Commun Earth Environ 5, 326 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01490-9 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Тем не менее, исследование вселяет осторожный оптимизм. Наша атмосфера, этот тонкий слой газа, окутывающий планету, оказывается на удивление живучей. Она способна выдержать даже такие жестокие испытания, как взрыв сверхновой, и сохранить жизнь на нашей планете.

Это ещё раз напоминает нам, насколько уникальна и ценна наша планета, и насколько важно беречь её хрупкую биосферу.

Процентное уменьшение столба атмосферного озона (цвет) при увеличении интенсивности ГКЛ в 100 раз по сравнению с номинальной в зависимости от широты и времени года. Черные контуры с численными значениями уровней контуров показывают среднегодовую толщину столба O3 в единицах Добсона (1 единица Добсона соответствует 2,7 x 1016 молекул см-2) для номинальной интенсивности ГКЛ: (a) Современный состав атмосферы, без антропогенных выбросов, вызывающих озоновые дыры. (b) Тест на чувствительность для атмосферы с 2% кислорода, аналогичной условиям на Земле в раннем кембрии — периоде, известном своим поразительным всплеском биоразнообразия и темпов эволюции. На рисунке показан важный экранирующий эффект геомагнитного поля, которое отклоняет значительную часть ГКЛ в низких широтах.
Автор: Christoudias, T., Kirkby, J., Stolzenburg, D. et al. Earth's atmosphere protects the biosphere from nearby supernovae. Commun Earth Environ 5, 326 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01490-9 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Если атмосфера Земли — это такой эффективный щит, защищающий от сверхновых, то почему же ученые вообще обеспокоены их воздействием?

Хотя атмосфера действительно смягчает воздействие сверхновых, защищая нас от гамма-всплесков и частично от космических лучей, она не является абсолютным щитом. Достаточно близкий взрыв сверхновой может привести к значительному увеличению потока космических лучей, что окажет влияние на климат и может представлять опасность для живых организмов. Кроме того, не до конца изучены долгосрочные последствия даже незначительных изменений в атмосфере под воздействием сверхновых.

Если сверхновые взрываются регулярно, то почему мы не наблюдаем постоянных климатических колебаний?

Влияние отдельной сверхновой на климат Земли относительно невелико и непродолжительно. Кроме того, взрывы сверхновых — события довольно редкие в масштабах человеческой жизни. Климатическая система Земли подвержена множеству других, более мощных и постоянных факторов, которые «заглушают» кратковременные воздействия сверхновых.