Все общепризнанно, что Солнце оказывает прямое влияние на все тела Солнечной системы. Однако исследования NASA показали, что на Земле это влияние еще более сложное: прошлые события звезды могли сформировать климат планеты.
Одним из таких исследований является работа центра SHIELD, который расшифровывается как Солнечный Ветер с Обменом Зарядом Ионов Водорода и Масштабной Динамикой. Это исследование прослеживает траекторию гелиосферы — огромного магнитного пузыря вокруг всей Солнечной системы, — пока она влияла на климат планеты во время ее путешествия по галактике.
Другое исследование изучает, как Солнце, будучи молодым и менее ярким, чем сейчас, смогло стимулировать парниковые газы и тем самым нагреть Землю. На протяжении истории планета переживала постоянные периоды потепления и похолодания. Ледниковые периоды, когда средняя температура на планете резко падала, являются примером такого повторяющегося чередования на протяжении миллионов лет.
Чтобы объяснить эти колебания, ученые традиционно фокусировались на внутренних факторах Земли, изучая парниковые газы, орбитальные изменения и другие внутренние процессы. Тем не менее, новые изыскания указывают на то, что солнечное климатическое воздействие играет важную роль в этих объяснениях.
Подобно тому как у каждой планеты есть атмосфера, Солнечная система обладает гелиосферой, которая служит «атмосферой», созданной Солнцем. Этот магнитный пузырь основан на непрерывных солнечных ветрах с заряженными частицами, которые распространяются по всем уголкам системы.
Подобно тому как планета вращается вокруг Солнца, наша Солнечная система (вместе с гелиосферой) движется вокруг центра Млечного Пути. За 4,6 миллиарда лет существования Солнца гелиосфера проходила через различные области галактики. Исследование SHIELD, опубликованное в журнале Annual Review of Astronomy and Astrophysics, восстанавливает эту траекторию и приходит к выводу, что различные среды, через которые проходила гелиосфера, сформировали земной климат.
Исследование, возглавляемое Мерав Офер, ведущим исследователем проекта SHIELD в Бостонском университете, показало, что во время этого путешествия по Млечному Пути Солнечная система пересекла три огромные ледяные области пыли и газа за последние миллионы лет. Эти «ледяные облака» оказали давление на гелиосферу, уменьшив ее настолько, что атмосфера Земли была обнажена для межзвездной пыли, временно утратив защиту Солнца.
Эти события, произошедшие примерно 2–3 миллиона лет, 6–7 миллионов лет и 13–14 миллионов лет назад, объясняют древние климатические паттерны Земли. В симуляциях обнаружено, что при столкновении с этими межзвездными облаками атмосфера Земли испытала увеличение водяного пара и изменение динамики верхних слоев атмосферы, что, как следствие, повлияло на поверхность.
Таким образом, гигантские ледяные пылевые облака оказали такое давление на Солнечную систему, что напрямую повлияли на климат Земли, возможно, спровоцировав ледниковые периоды. Это совпадает с геологическими образцами: элементы, распространенные в межзвездной пыли, обнаруживаются в донных отложениях, снегу Антарктиды и лунных образцах именно в эти периоды.
Центр SHIELD является одним из нескольких исследовательских центров NASA, сосредоточенных на гелиосфере. Он входит в состав DRIVE — акронима, означающего Диверсифицировать, Реализовать, Интегрировать, Предпринимать и Образовать, — комплекса научных центров, посвященных Heliophysics. SHIELD объединяет специалистов из различных областей знаний для создания виртуальной модели гелиосферы. Цель этого «цифрового двойника» — показать, как «атмосфера Солнечной системы» взаимодействует с окружающей средой.
В Гринбелте, в Соединенных Штатах, ученый Владимир Айрапетиан из Центра Космических Полетов Годдарда NASA изучал другую загадку прошлого взаимоотношений Солнца и Земли. Вопрос заключался в следующем: как раннее Солнце, которое было на 30% тусклее нынешнего, смогло поддерживать климат Земли, благоприятный для жизни?
Это была ситуация Солнца 3 миллиарда лет назад. При такой конфигурации ожидалось, что планета будет полностью покрыта льдом, но это не было так. Геологические свидетельства показывают, что жидкая вода существовала задолго до этого, а также сама жизнь. Эта загадка известна как парадокс молодого и слабого Солнца.
Молодые звезды, подобные Солнцу в нашей галактике, могут дать ответы на этот парадокс. Согласно данным космического телескопа Kepler (который уже вышел из эксплуатации), эти молодые звезды склонны чаще входить в массивные солнечные вспышки, ежедневно высвобождая высокоэнергетические частицы во всех направлениях.
Благодаря этому Айрапетиан пришел к выводу, что если бы молодое Солнце вело себя так же, как его современные аналоги, эти частицы могли достичь ранней Земли и вызвать химические реакции, которые обеспечили бы нагрев планеты.
Детали эксперимента по имитации раннего Солнца
Команда Айрапетиана смоделировала атмосферу ранней Земли в герметичной камере, смешав молекулярный азот, аммиак, диоксид углерода и монооксид углерода. Затем они имитировали частицы солнечных вспышек, бомбардируя смесь протонами. Результатом стало образование оксида азота, парникового газа, который в 300 раз мощнее диоксида углерода.
Оксид азота мог помочь ранней Земле удержать небольшое количество тепла, поступающего от Солнца. Однако интенсивное ультрафиолетовое излучение молодой звезды расщепляло часть его, разделяя на кислород и азот. Тем не менее, если бы сохранилось всего 10% оксида азота, он все равно смог бы поддерживать часть планеты в тепле на уровне 5 градусов Цельсия, предотвращая замерзание воды. Более того, поддержание температуры в этом диапазоне могло усилить пребиотический синтез, поскольку температуры, близкие к точке замерзания воды, более эффективны для формирования сложных цепочек аминокислот — процесса, необходимого для зарождения жизни.
