Сверхизвержения и жизнь во Вселенной

Шансы обнаружения подходящего для коммуникации разума в Галактике часто представляются как комбинация релевантных факторов, называемая уравнением Дрейка, которое может быть записано как:

N = R*f_pn_efifif_cL (10.1)

Где N – это число цивилизаций, способных к коммуникации в Галактике, R* – это средняя в течение времени ее существования частота формирования звёзд в Галактике, f_p – доля звёзд с планетарными системами; n_e – среднее число планет среди таких систем, которые пригодны для жизни, f_j – доля тех планет, на которых возникла жизнь, f_i – доля планет, на которых развилась разумная жизнь, f_c – это доля планет, на которых разумная жизнь достигла коммуникативной фазы и L – означает среднее время существования такой технологической цивилизации. (Sagan, 1973).

Хотя уравнение Дрейка полезно для организации разных факторов, которые считаются важными для возникновения внеземного интеллекта, реальная оценка величин, входящих в уравнение, – трудна. Только R* хорошо известно и составляет 10 звёзд в год. Оценки N широко разнятся от 0 до более чем 10⁸ цивилизаций. (Sagan, 1973).

Недавно было доказано, что f_c and L ограничены в частности, частотой кометных и астероидных столкновений, которые могут оказаться катастрофическими для технологической цивилизации (Sagan and Ostro, 1994; Chyba, 1997). Современная человеческая цивилизация, в значительной степени зависящая от ежегодных урожаев, уязвима к «импактной зиме», которая может возникнуть благодаря выброшенной в стратосферу пыли при падении астероидов более 1 км. в диаметре (Chapman and Morrison, 1994; Toon et al, 1997). Такой импакт высвободит примерно 1O⁵-1O⁶ Mt тротилового эквивалента энергии, создаст кратер 20-40 км диаметром и создаст глобальное облако массой 1000 МТ субмикронной пыли (Toon et al., 1997). Covey et al. (1990) провели 3-D моделирование климата для глобального пылевого облака, содержащего субмикронные частицы с массой, соответствующей массе облака, которое создаст импакт с силой 6х10⁵ МТ. В этой модели глобальные температуры падают примерно на 8 С в течение первых нескольких недель. Chapman and Morrison (1994) оценили, что импакт такой силы убьёт более чем 1.5 миллиарда людей за счёт прямых и косвенных эффектов. Таким образом, цивилизация должна успевать развить технологию и науку, необходимую для обнаружения и отражения угрожающих астероидов и комет на временных масштабах более коротких, чем типичные промежутки времени между катастрофическими событиями.

Недавний рост осознания импактной угрозы для цивилизации привёл к исследованию возможностей обнаружения, отклонения и разрушения астероидов и комет, которые угрожают Земле (e.g., Gehrels, 1994; Remo, 1997). Технологии планетарной защиты были признаны сущностно важными для долговременного выживания человеческой цивилизации на Земле.

Жёсткие климатические и экологические эффекты, предсказываемые для взрывных сверхизвержений, поставили вопрос об их последствиях для цивилизации на Земле и на других землеподобных планетах, которые могут иметь разумную жизнь. (Rampino, 2002; Sparks et al., 2005). Chapman и Morrison (1994) предположили, что глобальные климатические эффекты сверхизвержений вроде Тобы могут быть эквивалентны эффектам от падения астероида диаметром в 1 км. Высокодисперсная вулканическая пыль и аэрозоли серной кислоты имеют оптический свойства, похожие на свойства субмикронной пыли, создаваемой импактами (Toon et al., 1997), и эффекты в отношении атмосферной прозрачности будут подобными. Вулканические аэрозоли, однако, имеют большее время выпадения, порядка нескольких лет (Bekki et al., 1996), в сравнении с несколькими месяцами для мелкодисперсной пыли, так что мощное извержение может иметь более длительные эффекты на глобальный климат, чем импакт, производящий равное количество выбросов в атмосферу.

Оценка частоты больших вулканических извержений, которые могут вызвать условия «вулканической зимы», предполагают, что они происходят в среднем раз в 50 000 лет. Это по крайней мере в два раза чаще, чем столкновения с кометами и астероидами, которые могут вызвать охлаждения климата сопоставимой силы (Rampino, 2002). Более того, предсказание или предотвращение вулканической климатической катастрофы может быть гораздо более трудным, чем обнаружение и отклонение астероидов и комет. Эти соображения означают, что вулканические суперизвержения представляют реальную угрозу для цивилизации, и необходимы серьёзные усилия для предсказания и предотвращения вулканических климатических катастроф. (Rampino, 2002; Sparks et al. 2005).

Благодарности

Я благодарю S. Ambrose, S. Self, R. Stothers, и G. Zielinski за предоставленную информацию.

Предложения для последующего чтения:

Bindeman, I.N. (2006). The Secrets of Supervolcanoes. Scientific American Magazine (June 2006).

Хорошо написанное популярное введение в быстро растущую область исследований по супервулканологии. По-русски: «Тайная жизнь супервулканов» http://www.sciam.ru/2006/10/nauka1.shtml

Mason, B.G., Pyle, D.M., and Oppenheimer, С (2004). The size and frequency of the largest explosive eruptions on Earth. Bull. Vokanol, 66, 735-748.

Наилучшая доступная сейчас статистика по потенциально глобально катастрофическим угрозам вулканических извержений. Эта статья включает в себя сравнение импактов и суперизвержений и заключает, что суперизвержения несут в себе гораздо больший риск на единицу выделенной энергии.

Rampino, M.R. (2002). Super-eruptions as a threat to civilizations on Earth-like planets. Icarus, 156, 562-569.

В этой статье суперизвержения ставятся в более широкий контекст эволюции разумной жизни во Вселенной.

Rampino, M.R., Self, S., and Stothers, R.B. (1988). Volcanic winters. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 16, 73-99.

Детальная дискуссия о климатических последствиях вулканизма и других потенциально опасных катастрофических геофизических событий.

Литература

Acharya, S.K. and Basu, P.K. (1993). Toba ash on the Indian subcontinent and its implications for correlations of Late Pleistocene alluvium. Quat. Res., 40,10-19.

Alexander, D. (1991). Information technology in real-time for monitoring and managing natural disasters. Prog. Human Geogr., 15, 238-260.

Ambrose, S.H. (1998). Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and the differentiation of modern humans./. Human Evol., 34,623-651.

Ambrose, S.H. (2003). Did the super-eruption of Toba cause a human population bottleneck? Reply to Gathorne-Hardy and Harcourt-Smith. /. Human Evol, 45, 231-237.

Bekki, S., Pype, J.A., Zhong, W., Toumi, R., Haigh, J.D., and Pyle, D.M. (1996). The role of microphysical and chemical processes in prolonging the climate forcing of the Toba eruption. Geophys. Res. Lett., 23,2669-2672.

Bischoff, J.L., Solar, N., Maroto,}., and Julia, R. (1989). Abrupt Mousterian-Aurignacian boundaries at с 40 ka bp: Accelerator ¹⁴C dates from 1'Arbreda Cave (Catalunya, Spain)./. Archaeol. Sci., 16,563-576. Super-volcanism and other geophysical processes

Brock, J.C. and McClain, C.R. (1992). Interannual variability in phytoplankton blooms observed in the northwestern Arabian Sea during the southwest monsoon. /. Geophys. Res., 97,733-750. Carr, M.J. (1977). Volcanic activity and great earthquakes at convergent plate margins. Science, 197,655-657.

Chapman, C.R. and Morrison, D. (1994). Impacts on the Earth by asteroids and comets: assessing the hazards. Nature, 367,33-40.

Chesner, C.A., Rose, W.I., Deino, A., Drake, R. and Westgate, J.A. (1991). Eruptive history of the earth's largest Quaternary caldera (Toba, Indonesia) clarified. Geology,19,200-203.

Chouet, B.A. (1996). Long-period volcano seismidty: Its source and use in eruption forecasting. Nature, 380,316.

Chyba, C.F. (1997). Catastrophic impacts and the Drake Equation. In Cosmovici, СВ., Bowyer, S. and Werthimer, D. (eds.), Astronomical and Biochemical Origins and the Search for Life in the Universe, pp. 157-164 (Bologna: Editrice Compositori).

Covey, C, Ghan, S.J., Walton, J.J., and Weissman, P.R. (1990). Global environmental effects of impact-generated aerosols: Results from a general circulation model. Geol. Soc. Am. Spl. Paper, 247,263-270.

De La Cruz-reyna, S. (1991). Poisson-distributed patterns of explosive eruptive activity. Bull. Vokanol, 54, 57-67.

Decker, R.W. (1990). How often does a Minoan eruption occur? In Hardy, D.A. (ed.), Them and the Aegean World HI 2, pp. 444-452 (London: Thera Foundation).

Dobran, F., Neri, A., and Tedesco, M. (1994). Assessing the pyroclastic flow hazard at Vesuvius. Nature, 367, 551-554.

Fedele, F.G., Giaccio, В., Isaia, R., and Orsi, G. (2002). Ecosystem impact of the Campanian ignimbrite eruption in Late Pleistocene Europe. Quat. Res., 57, 420-424.

Gagan, M.K. and Chivas, A.R. (1995). Oxygen isotopes in western Australian coral reveal Pinatubo aerosol-induced cooling in the Western Pacific Warm Pool. Geophys.Res. Lett., 22,1069-1072.

Gathorne-Hardy, F.J. and Harcourt-Smith, W.E.H. (2003). The super-eruption of Toba, did it cause a human population bottleneck?/. Human Evol, 45, 227-230.

Genin, A., Lazar, В., and Brenner, S. (1995). Vertical mixing and coral death in the Red Sea following the eruption of Mount Pinatubo. Nature, Ъ77, 507-510.

Gehrels, T. (ed.) (1994). Hazards Due to Comets <=C Asteroids, 1300 p (Tucson: University of Arizona Press).

Gibbons, A. (1993). Pleistocene population explosions. Science, 262,27-28. Gilmour, I., Wolbach, W.S., and Anders, E. (1990). Early environmental effects of the terminal Cretaceous impact. Geol. Soc. Am. Spl. Paper, 247,383-390.

Godano, C. and Civetta, L. (1996). Multifractal analysis of Vesuvius volcano eruptions.Geophys. Res. Lett., 23,1167-1170.

Graf, H.-F., Kirschner, I., Robbock, A., and Schult, I. (1993). Pinatubo eruption winter climate effects: Model versus observations. Clim. Dynam., 9, 81-93.

Green, O., Percival, I., and Ridge, I. (1985). Nuclear Winter, the Evidence and the Risks,216 p (Cambridge: Polity Press). Hansen, ., Lacis, A., Ruedy, R., and Sato, M. (1992). Potential climate impact of the Mount Pinatubo eruption. Geophys. Res. Lett., 19, 215-218. 218

Hansen, J.E., Sato, M., Ruedy, R., Lacis, A., Asamoah, K, Borenstein, S., Brown, E.,Cairns, В., Caliri, G., Campbell. M., Curran, В., De Castrow, S., Druyan, L., Fox,M., Johnson, C, Lerner, J., Mscormick, M.P., Miller, R., Minnis, P., Morrison,A., Palndolfo, L, Ramberran, I., Zaucker, F., Robinson, M., Russell, P., Shah, K.,Stone, P., Tegen, I., Thomason, L, Wilder, J., and Wilson, H. (1996). A Pinatubomodeling investigation. In Fiocco, G., Fua, D., and Visconti, G. (eds.), The MountPinatubo Eruption: Effects on the Atmosphere and Climate NATO ASI Series Volume142, pp. 233-272 (Heidelberg: Springer Verlag).

Harpending, H.C., Sherry, S.T., Rogers, A.L, and Stoneking, M. (1993). The geneticstructure of ancient human populations. Curr. Anthropol, 34,483-496.

Harwell, M.A. (1984). The Human and Environmental Consequences of Nuclear War, 179 p (New York: Springer-Verlag).

Harwell, M.A. and Hutchinson, T.C. (eds.) (1985). Environmental Consequences ofNuclear War, Volume II Ecological and Agricultural Effects, 523 p (New York: Wiley).

Harwell, M.A., Hutchinson, T.C, Cropper, W.P., Jr, and Harwell, C.C. (1985).Vulnerability of ecological systems to climatic effects of nuclear war. In Harwell, M.A. and Hutchinson, T.C. (eds.), Environmental Consequences of Nuclear War, Volume IIEcological and Agricultural Effects, pp. 81-171 (New York: Wiley).

Hewitt, G. (2000). The genetic legacy of the Quaternary ice ages. Nature, 405,907-913.

Huang, C.-H., Zhao, M., Wang, C.-C, and Wei, G. (2001). Cooling of the South ChinaSea by the Toba eruption and other proxies ~71,000 years ago. Geophys. Res. Lett.,28, 3915-3918.

Jones, J.S. and Rouhani, S. (1986). How small was the bottleneck? Nature, 319,449-450. Klein, F.W. (1982). Patterns of historical eruptions at Hawaiian volcanoes. J. Volcanol.Geotherm. Res., 12,1-35.

Larcher, W. and Bauer, H. (1981). Ecological significance of resistance to lowtemperature. In Lange, O.S., Nobel, P.S., Osmond, СВ., and Zeigler, H. (eds.),Encyclopedia of Plant Physiology, Volume 12A: Physiological Plant Ecology I, pp. 403-37(Berlin: Springer-Verlag).

Leavitt, J. (1980). Responses of Plants to Environmental Stresses. I. Chilling, Freezing andHigh Temperature Stresses, 2nd edition (New York: Academic Press).

Ledbetter, M.T. and Sparks, R.S.J. (1979). Duration of large-magnitude explosiveeruptions deduced from graded bedding in deep-sea ash layers. Geology, 7,240-244.

Lirer, L, Munno, R., Postiglione, I., Vinci, A., and Vitelli, L. (1997). The A.D. 79eruption as a future explosive scenario in the Vesuvian area: Evaluation of associatedrisk. Bull. Volcanol, 59, 112-124.

Mason, B.G., Pyle, D.M., and Oppenheimer, С (2004). The size and frequency of thelargest explosive eruptions on Earth. Bull. Volcanol, 66,735-748.

Nazzaro, A. (1998). Some considerations on the state of Vesuvius in the Middle Agesand the precursors of the 1631 eruption. Annali di Geofisica, 41,555-565.

Newhall, C.A. and Self, S. (1982). The volcanic explosiviry index (VEI): an estimate of the explosive magnitude for historical volcanism. J. Geophys. Res., 87, 1231-1238.

Ninkovich, D., Shackleton, N.J., Abdel-Monem, A.A., Obradovich, J.A., and Izett, G. (1978a). K-Ar age of the late Pleistocene eruption of Toba, north Sumatra. Nature, 276,574-577.

Ninkovich, D., Sparks, R.S.J., and Ledbetter, M.T. (1978b). The exceptional magnitudeand intensity of the Toba eruption: an example of the use of deep-sea tephra layersas a geological tool. Bull. Volcanol, 41,1-13.

Oppenheimer, С (2002). Limited global change due to the largest known Quaternary eruption, Toba = 74 kyr BP? Quat. Sci. Rev., 21, 1593-1609.

Palais, J.M. and Sigurdsson, H. (1989). Petrologic evidence of volatile emissions frommajor historic and pre-historic volcanic eruptions. Am. Geophys. Union, Geophys.Monogr., 52,32-53.

Pinto, J.P., Turco, R.P., and Toon, O.B. (1989). Self-limiting physical and chemicaleffects in volcanic eruption clouds. J. Geophys. Res., 94,11165-11174.

Pittock, A.B., Ackerman, T.P., Cratzen, P.J., MacCracken, M.C., Shapiro, C.S., and Turco, R.P. (eds.) (1986). Environmental Consequences of Nuclear war, Volume I Physicaland Atmospheric Effects, 359 p (New York: Wiley).

Pittock, A.B., Walsh, K., and Frederiksen, J.S. (1989). General circulation modelsimulation of mild nuclear winter effects, dim. Dynam., 3,191-206.

Pollack, J.B., Rind, D., Lacis, A., Hansen, J.E., Sato, M., and Ruedy, R. (1993). GCMsimulations of volcanic aerosol forcing. Part 1: climate changes induced by steady-state perturbations. ]. dim., 6, 1719-1742.

Pope, K.O., Baines, K.H., Ocampo, A.C., and Ivanov, B.A. (1994). Impact winter andthe Cretaceous/Tertiary extinctions: Results of a Chicxulub asteroid impact model.Earth Planet. Sci. Lett, 128,719-725.

Pyle, D.M. (1995). Mass and energy budgets of explosive volcanic eruptions. Geophys.Res. Lett., 22, 563-566.

Rampino, M.R. (2002). Supereruptions as a threat to civilizations on Earth-like planets.Icarus, 156,562-569.

Rampino, M.R. and Ambrose, S.H. (2000). Volcanic winter in the Garden of Eden: the Toba super-eruption and the Late Pleistocene human population crash. InMcCoy, F.W. and Heiken, G. (eds.), Volcanic Hazards and Disasters in HumanAntiquity. Special paper 345, pp. 71-82 (Boulder, CO: Geological Society of America).

Rampino, M.R. and Self, S. (1982). Historic eruptions of Tambora (1815), Krakatau (1883), and Agung (1963), their stratospheric aerosols and climatic impact. Quat. Res., 18,127-143.

Rampino, M.R. and Self, S. (1984). Sulphur-rich volcanism and stratospheric aerosols.Nature, 310,677-679.

Rampino, M.R. and Self, S. (1992). Volcanic winter and accelerated glaciation following the Toba super-eruption. Nature, 359,50-52.

Rampino, M.R. and Self, S. (1993a). Climate-volcanism feedback and the Toba eruptionof ~74,000 years ago. Quat. Res., 40,269-280.

Rampino, M.R. and Self, S. (1993b). Bottleneck in human evolution and the Tobaeruption: Science, 262, 1955.

Rampino, M.R., Self, S., and Stothers, R.B. (1988). Volcanic winters. Annu. Rev. EarthPlanet. Sci., 16, 73-99.

Redman, R.E. (1974). Photosynthesis, plant respiration, and soil respiration measuredwith controlled environmental chambers in the field: Canadian Committee, IBPTechnical Report 49 (Saskatoon: University of Saskatchewan).

Remo J.L. (ed). Near Earth objects. The UN international conference Volume822, 623p (New York Academy of Sciences Annals). New York

Robock, A. and Mass, C. (1982). The Mount St. Helens volcanic eruption of 18 May1980: large short-term surface temperature effects. Science, 216,628-630.

Rogers, A.R. and Jorde, L.B. (1995). Genetic evidence on modern human origins. Human Bid., 67,1-36.

Rose, W.I. and Chesner, C.A. (1990). Worldwide dispersal of ash and gases from earth's largest known eruption: Toba, Sumatra, 75 Ka. Global Planet. Change, 89, 269-275

Sagan, С (ed.) (1973). Communication with Extraterrestrial Intelligence (Cambridge MA: MIT Press).

Sagan, C. and Ostro, S. (1994). Long-range consequences of interplanetary collisions. Issues Sci. Technoi, 10,67-72.

Sagan С and Turco, R. (1990). A Path Where No Man Thought, 499 p (New York: Random House).

Shane, P., Westgate, J., Williams, M., and Korisettar, R. (1995). New geochemicalevidence for the Youngest Toba Tuff in India. Quat. Res., 44,200-204.

Sherry, S.T., Rogers, A.R., Harpending, H., Soodyall, H., Jenkins, Т., and Stoneking, M. (1994). Mismatch distributions of mtDNA reveal recent human population expansions. Human Biol., 66,761-775.

Shultz, H., Emeis, K.-C, Erlenkeuser, H., von Rad, U., and Rolf, С (2002). The Toba volcanic event and interstadial/stadial climates at the marine isotopic stage 5 to 4 transition in the northern Indian Ocean. Quat. Res., 57,22-31.

Song, S.-R., Chen, C.-H., Lee, M.-Y., Yang, T.F., and Wei, K.-Y. (2000). Newly discoveredeastern dispersal of the youngest Toba tuff. Marine Geol., 167,303-312.

Sparks, S., Self, S., Grattan, J., Oppenheimer, C, Pyle, D., and Rymer, H. (2005). Super-eruptions global effects and future threats. Report of a Geological Society of London Working Group, The Geological Society, London, pp. 1-25.

Stothers, R.B. (1984a). The great Tambora eruption of 1815 and its aftermath. Science, 224,1191-1198.

Stothers, R.B. (1984b). The mystery cloud of AD 536. Nature, 307,344-345.

Stothers, R.B. (1996). Major optical depth perturbations to the stratosphere from volcanic eruptions: Pyrheliometric period, 1881-1960. /. Geophys. Res., 101,3901-3920.

Stothers, R.B. (2000). Climatic and demographic consequences of the massive volcanic eruption of 1258. Clim. Change, 45,361-374.

Strong, A.E. (1993). A note on the possible connection between the El Chichon eruption and ocean production in the northwest Arabian Sea during 1982./. Geophys. Res., 98,985-987.

Tinus, R.W. and Roddy, D.J. (1990). Effects of global atmospheric perturbations on forest ecosystems in the Northern Temperate Zone; Predictions of seasonal depressed-temperature kill mechanisms, biomass production, and wildfire soot emissions. Geol. Soc. Am. Spl. Paper, 247,77-86.

Toon, O.B., Turco, R.P., and Covey, C. (1997). Environmental perturbations caused by the impacts of asteroids and comets. Rev. Geophys., 35,41-78.

Turco, R.P., Toon, O.B., Ackerman, T.P., Pollack, J.B., and Sagan, C, (1990). Climate and smoke: An appraisal of nuclear winter. Science, 247,166-176.

van Keulan, H., Lowerse, W., Sibma, L., and Alberda, M. (1975). Crop simulation and experimental evaluation – a case study, In Cooper, J.P. (ed.), Photosynthesis and Productivity in Different Environments, pp. 623-643 (Cambridge: Cambridge University Press).

Voight, B. (1988). A method for prediction of volcanic eruptions. Nature, 332,125-130.

Voight, B. and Cornelius, R.R. (1991). Prospects for eruption prediction in near real­time. Nature, 350,695-697.

Wainscoat, J.S., Hill, A.V.S., Them, S.L., Clegg, J.J. (1986). Evolutionary relationships of human populations from an analysis of nuclear DNA polymorphisms. Nature, 319,491-493 .

Walter, L.S. (1990). The uses of satellite technology in disaster management. Disasters, 14, 20-35.

Woillard, G. and Mook, W.G. (1982). Carbon-14 dates at Grande Pile: Correlation ofland and sea chronologies. Science, 215,159-161.

Wood, C.A. and Kienle, J. (eds.) (1990). Volcanoes of North America, 354 p (Cambridge:Cambridge University Press).

Woods, A.W.M. and Wohletz, K.H. (1991). Dimensions and dynamics of co-ignimbriteeruption columns. Nature, 350,225-227.

Zielinski, G.A., Mayewski, P.A., Meeker, L.D., Whitlow, S., Twickler, M.S., and Taylor,K., (1996a). Potential atmospheric impact of the Toba mega-eruption ~71,000 yearsago. Geophys. Res. Lett, 23,837-840.

Zielinski, G.A., Mayewski, P.A., Meeker, L.D., Whitlow, S., and Twickler, M.S. (1996b).An 110,000-year record of explosive volcanism from the GISP2 (Greenland) icecore. Quat. Res., 45, 109-118.

Арнон Дар. Влияние сверхновых, гамма-всплесков, солнечных вспышек и космических лучей на земную окружающую среду

Arnon Dar. Influence of Supernovae, gamma-ray bursts, solar flares, and cosmic rays on the terrestrial environment, Global Catastrophic Risks.Edited by Nick Bostrom, Milan M. Cirkovic, OXPORD UNIVERSITY PRESS, 2008

Перевод: А.В.Турчин

Введение

Перемены в окрестностях Солнца в результате его движения по Галактике, солнечная эволюция и галактическая звёздная эволюция – все они влияют на земную окружающую среду и подвергают жизнь на Земле космическим опасностям. Эти опасности включают в себя столкновения с околоземными объектами (NEO), глобальные климатические перемены в результате изменений солнечной активности и подверженность Земли очень большим потокам радиации и космическим лучам от галактических сверхновых (SN) и гамма-всплесков (GRB). Эти космические опасности имеют малую вероятность, но их влияние на Землю и их катастрофические последствия, которые следует из геологических данных, оправдывают их тщательное изучение и развитие рациональных стратегий, которые могут уменьшить создаваемую ими угрозу жизни и выживанию человеческой расы на этой планете. В этой главе я сосредоточусь на угрозах для жизни, связанных с высокими уровнями радиации и потока космических лучей (CR), которые достигают атмосферы как результат (1) изменений в солнечной светимости, (2) изменениях солнечного окружения, связанных с движением Солнца вокруг галактического центра, и в частности, в силу прохождения через галактические спиральные рукава, (3) осцилляции расположения перпендикуляра солнечной системы к галактическому плану, (4) солнечной активности, (5) галактических взрывов SN, (6) GRB и (7) всплесков космических лучей (CRB). Достоверность тех или иных космических угроз будет проверена на основании того, могли ли эти события вызвать массовые вымирания, которые имели место на Земле и относительно хорошо документированы на основании геологических данных за последние 500 млн.лет.

Радиационные угрозы

Достоверные угрозы

Достоверные утверждения о глобальной угрозе жизни из-за перемен во внешнем облучении Земли должны в начале продемонстрировать, что предполагаемые изменения будут больше, чем периодические изменения, вызываемые движением Земли, к которым жизнь на Земле уже приспособилась. Наибольшая доля энергии Солнца излучается в видимом диапазоне. Атмосфера весьма прозрачна для видимого света, но крайне непрозрачна для почти всех остальных световых диапазонов электромагнитного спектра за исключением радиоволн, чья продукция Солнцем весьма мала. Атмосфера защищает биоту на наземном уровне от сверхоблучения высокими потоками гамма-лучей, рентгеновских лучей и ультрафиолетовых лучей. Благодаря этой атмосферной защите жизнь на Земле не выработала иммунитета к этим видам радиации (за исключением видов, у которых были особые условия существования, таких как Deinoccocus radiodurance), но адаптировалась к нормальным потокам радиации, которые проникают в атмосферу. В частности, она адаптировалась к наземным уровням солнечного излучения, чьи широтные и сезонные изменения подвержены долговременным вариациям квазипериодического характера, так называемым циклам Миланковича, связанным с квазипериодическими изменениями движения и вращения Земли. Это включает в себя вариации эксцентриситета Земли, наклон оси Земли по отношению к нормали к плоскости вращения и прецессию земной оси. Милюти Миланкович, сербский астроном, вычислил их магнитуду и периоды увеличения или уменьшения солнечной радиации, которые напрямую воздействуют на климатическую систему Земли, влияя на продвижение и отступление земных ледников. Перемены климата, и связанные с ними периоды оледенения, не зависят от полного количества солнечной энергии, достигающей Земли. Три цикла Миланковича влияют на сезонность и распределение мест на Земле, на которые попадает солнечная энергия, таким образом, влияя на контраст между сезонами. Это важно, потому что Земля имеет ассиметричное распределение масс суши, которые (за исключением Антарктиды) почти целиком находится в/рядом с Северным полушарием.

Рис. 1. Интенсивная солнечная вспышка 4 ноября 2003 года. Гигантская область солнечных пятен выбросила интенсивную вспышку, за которой последовал мощный коронарный выброс (CME) 4 ноября 2003 года. Сама вспышка видна в нижнем правом углу в крайнем ультрафиолетовом диапозоне на фотографии космической солнечной обсерватории SOHO. Гигантская вспышка была одной из самых сильных когда-либо зафикисированных начиная с 1970-х годов, третья такая мощная вспышка из области AR10486 в течение двух недель. Благодарность за фотографию: SOHO-EIT Consortium, ESA, NASA240

Рис. 2. Столкновение кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером с 16 до 22 июля 1994 года. Комета состояла из по крайней мере 21 различимого фрагмента с диаметрами до 2 км. Кадры, приведённые выше, показывают столкновение первого из 20 фрагментов с Юпитером. Верхний левый кадр показывает Юпитер сразу перед столкновением. Яркий объект справа – это ближайший спутник Юпитера Ио, и тусклая овальная структура в южном полушарии – это Большое красное пятно. Полярные шапки выглядят светлыми в тех лучах, в которых проводилось наблюдение, 2.3 мкм, которые были выбраны для усиления контраста между огненным шаром и юпитерианской атмосферой. На второй фотографии огненный шар появляются над юго-восточным краем планеты (нижний левый кадр). Огненный шар достигает максимальной светимости в течение нескольких минут, и в этот момент его светимость превосходит светимость Ио. Последний кадр показывает Юпитер через 20 минут, когда импактная зона более-менее потемнела. Благодарности: Credit: Dr. David R. Williams, NASA Goddard Space Flight Center

Рис. 3. Остатки сверхновой Кассиопея A. Cas A – это остатки сверхновой 300-летней давности, вызванные SN взрывом тяжёлой звезды. Каждая фотография остатка, сделанная крупнейшими обсерваториями, показывает разные его характерные черты. Космический телескоп Спитцер открыл тёплую пыль во внешней оболочке с температурой 10 °C и телескоп Хаббла обнаружил тонкие нитеобразные структуры более горячего газа с температурой около 10 000 °С. Рентгеновская обсерватория Чандра показала горячие газы с температурами около 10 миллионов градусов Цельсия. Эти высокие температуры возникли, когда выброшенный сверхновой газ врезался в окружающий газ и пыль со скоростями около 10 миллионов миль в час (примерно 5000 км/сек). Благодарности: NASA/CXC/MIT/UMass Amherst/M.D.Stage et al.

Даже когда все орбитальные параметры благоприятствуют оледенению, увеличения выпадения снега зимой и таяния летом недостаточно для того, чтобы запустить оледенение. Снег и лёд имеют более высокое альбедо (то есть отношение отражённого света к падающему), чем суша и растительность (если бы вся Земля была покрыта льдом, как огромный снежок, её альбедо составляла бы 0.84). Снежные массы и ледники отражают больше света в пространство, что приводит к охлаждению климата и позволяет ледникам расширяться. Подобным же образом сверхновые, GRB, солнечные вспышки и космические лучи имеют высокое влияние на земную окружающую среду.

Теория 1912 года Миланковича о циклах оледенений является общепринятой, поскольку палеоклиматические свидетельства содержат строгие спектральные компоненты, которые подтверждают циклы Миланковича. Однако недавно было заявлено, что высокоточные палеоклиматические данные обнаружили серьёзные расхождения с моделью Миланковича, которые серьёзно подвергают сомнению ее достоверность и заново открывают дискуссию о причинах циклов оледенений. Например, Kirkby et al. (2004) предположили, что оледенения связаны не с циклами изменения поступления солнечной радиации, но с изменениями космических лучей, возможно, в связи с их эффектами на облака. Даже если причина эпох оледенений всё ещё остаётся под вопросом, изменения глобального облучения космического происхождения должны быть больше, чем орбитальные модуляции солнечной радиации, для того, чтобы представлять достоверную угрозу земной жизни.

Солнечные вспышки

Солнечные вспышки являются наиболее высокоэнергетичными взрывами в Солнечной системе. Они происходят в солнечной атмосфере. Первая солнечная вспышка зафиксированная в астрономической литературе Ричардом Кэррингтоном, (Richard C. Carrington), случилась 1 сентября 1959 года. Солнечные вспышки приводят к выбросам электромагнитной радиации, энергетических электронов, протонов и атомных ядер (солнечные космические лучи) и замагниченной плазмы из локальной области на Солнце. Солнечная вспышка происходит, когда магнитная энергия, которая накопилась в солнечной атмосфере, внезапно выделяется. Излучаемая электромагнитная радиация распределена по всему спектру, от радиоволн через оптический диапазон до рентгеновских и гамма-лучей. Энергии солнечных космических лучей достигают нескольких гигаэлектрон вольт, то есть 10⁹ еВ (1 ev = 1, 6021753(14)* 10^-13 J). Частота солнечных вспышек варьируется от нескольких в день, когда Солнце особенно активно, до одной в неделю, когда Солнце спокойно. Подготовка солнечной вспышки занимает несколько часов или дней, но во время самой вспышки энерговыделение происходит только за несколько минут.

Полное выделение энергии при вспышке имеет порядок 10²⁷ эрг/сек. Большие вспышки могут выбросить около 10³² эрг. Эта энергия менеше, чем одна десятая полной энергии, излучаемой Солнцем за одну секунду. (I. = 3.84 x 10³³ erg s ^-1). В том маловероятном случае, если вся магнитная энергия Солнечной атмосферы разрядится в одной вспышке, энергия Солнечной вспышки не может превышать ~ B²R³/12 ~ 1.4 x 10³³ erg, где B=50 гауссов – это сила солнечного дипольного магнитного поля и R=7*10¹⁰ см – солнечный радиус. Но даже эта энергия – это только одна треть от полной энергии, излучаемой Солнцем каждую секунду. Таким образом, отдельные солнечные вспышки не могут вызвать глобальную катастрофу на Земле. Однако солнечные вспышки и связанные с ними коронарные выбросы сильно влияют на нашу комическую погоду. Они создают потоки высокоэнергетичных частиц в солнечном ветре и земной магнитосфере, которые могут представлять опасность для космических аппаратов и космонавтов. Мягкие рентгеновские лучи от солнечных вспышек увеличивают ионизацию верхней атмосферы, что может влиять на коротковолновую радиокоммуникацию и может увеличивать сопротивление атмосферы низкоорбитальным спутникам, приводя к снижению их орбиты. Космические лучи, которые проходят сквозь биологические тела, наносят им биохимический ущерб. Большое число солнечных космических лучей и магнитных штормов, которые создаются большими солнечными вспышками, представляют опасность для незащищённых космонавтов в межпланетном пространстве. Земная атмосфера и магнитосфера защищает людей на Земле.