Американские ученые высчитали, когда на Солнце вспыхнет разрушительная для человеческой цивилизации супервспышка. Они использовали геологические и астрономические данные об аналогичных событиях, которые происходили на Солнце и других звездах. Согласно их выводам, мощный корональный выброс массы, который может привести к почти полному исчезновению жизни на Земле, происходит раз в 20 миллионов лет. Исследование на эту тему доступно в библиотеке электронных препринтов arXiv.org.
Самая сильная геомагнитная буря за всю историю наблюдений имеет собственное название — Событие Кэррингтона. Оно произошло 1-2 сентября 1859 года и было вызвано крупным корональным выбросом массы из-за сильной вспышки на Солнце. Возмущение электромагнитного поля Земли привело к сбою телеграфных систем в США и Европе. Сообщалось о случаях поражения операторов током. Над многими регионами планеты наблюдались полярные сияния. Они были очень яркими и были видны даже над южными широтами — например, над Карибскими островами и Центральной Африкой. В Северном полушарии при их свете можно было ночью читать газеты, а золотоискатели в Скалистых горах путали северное сияние с утренней зарей.
В 2013 году специалисты Лондонского Ллойда и Центра атмосферных и экологических исследований США (Atmospheric and Environmental Research ) оценили воздействие События Кэррингтона на современную экономику. По их подсчетам, только США потеряли бы 0,6-2,6 триллиона долларов. По оценкам ученых, подобное случается каждые 500 лет. Однако солнечные вспышки, которые потенциально могут привести к повторению солнечного «супершторма», происходят гораздо чаще. Одна из них была зафиксирована 23 июля 2012 года, однако выброс корональной массы прошел мимо Земли.
Энергия больших солнечных вспышек достигает около 1032 эрг, что значительно превышает энергию, которая могла бы быть получена при сжигании всех разведанных на Земле запасов горючих ископаемых. Однако возможно возникновение гораздо более мощных и чрезвычайно редких супервспышек, которые могут оказать серьезное воздействие на биосферу планеты и вызвать глобальные вымирания.
Астрономы Гарвардского университета оценили такую возможность. Они исходили из предположения, что глобальные вымирания происходят каждые 26 миллионов лет, поэтому вспышки должны происходить в конце этих сроков. Чтобы определить, как часто возникают солнечные штормы, ученые изучили соответствующую научную литературу. Так, японские ученые проанализировали данные космического телескопа Kepler, наблюдавшего приблизительно сотню тысяч звезд, и пришли к выводу, что супервспышка с энергией в 1034 эрг происходит каждые две тысячи лет.
Фото: NASA Goddard Space Flight Center
Космическая катастрофа такого масштаба предположительно имела место в Солнечной системе в 775 году нашей эры, хотя точных доказательств этого нет. Другая возможная супервспышка могла произойти в 993 году. На основе этих и других данных астрономы полагают, что каждые 20 миллионов лет Солнце выбрасывает энергию в 1037-1038 эрг. Интервалы между вспышками могут быть более неравномерными, что, опять же, делает возможной их связь с масштабными вымираниями.
Вспышка в 1037 эрг в сто тысяч раз сильнее вспышки в 1032 эрг. Какими могут быть последствия этого события для Земли и ее обитателей?
От космического излучения жизнь на Земле защищает толстая атмосфера, магнитные поля и слой озона, который предотвращает попадание на тела людей и животных наиболее губительных ультрафиолетовых лучей (UF-B и UF-C). Проблема в том, что роль этих факторов изучена только при обычных вспышках, поэтому ученые прибегли к экстраполяции, используя данные как о корональных выбросах массы, так и о гамма-вспышках близлежащих звезд, которые могли привести к массовым вымираниям.
Солнце может атаковать Землю двумя способами. Во-первых, это электромагнитная радиация, во-вторых — солнечные энергетические частицы. Последние, попадая в атмосферу, вызывают ее ионизацию и способствуют образованию оксидов азота. Эти соединения участвуют в реакциях, приводящих к уменьшению концентрации озона, что, в свою очередь, делает атмосферу более уязвимой для ультрафиолетовой электромагнитной радиации. Событие Кэррингтона вызвало падение уровня озона в среднем на пять процентов; для высоких широт этот показатель достигал 14 процентов. Что касается гипотетической супервспышки AD 775 — содержание озона могло упасть на 5-32 процента, что увеличило степень поражения животных и растений от ультрафиолета на 14-25 процентов.
Фото: United States Air Force
По оценкам исследователей, вспышка в 1036 эрг почти полностью уничтожит озоновый слой. Возросшая интенсивность ультрафиолетовой радиации, в свою очередь, приведет к мутациям, уменьшению фертильности, подавлению жизненно важных физиологических процессов и даже к смерти. Кроме того, уменьшатся темпы усвоения углекислого газа и нарушатся циклы продуцирования минеральных веществ в океане. Это ударит по фитопланктону и его способности к фотосинтезу. Фитопланктон играет важную роль в регуляции биохимических циклов, образовании биомассы и поддержании биологического разнообразия, поэтому будет нанесен колоссальный урон всем морским экосистемам. А сопутствующее увеличение концентрации диоксида углерода вызовет парниковый эффект.
Подобная картина характерна для массового пермского вымирания, которое произошло 252 миллиона лет назад и считается крупнейшей биосферной катастрофой в истории Земли. Вымерли 96 процентов всех морских видов, более 70 процентов наземных позвоночных, сильно пострадали и насекомые, чье биологическое разнообразие снизилось на 83 процента. По геологическим меркам вымирание произошло почти молниеносно — за 60 тысяч лет. На восстановление биосферы ушло куда больше времени — 10-30 миллионов лет.
Однако даже относительно слабые вспышки, такие как Событие Кэррингтона, могут привести к коллапсу технологической цивилизации, повлияв на технику и различные устройства, уничтожив 10 процентов всех орбитальных спутников. Вероятность такого события в ближайшее десятилетие оценивается менее чем в 10 процентов, а в ближайшее столетие вспышка мощностью 1036 эрг может произойти с вероятностью около десятитысячной доли процента. Последствия этого ученые сравнивают с падением на Землю двухкилометрового астероида.