Угрозы от космических лучей.

Средняя плотность энергии галактических космических лучей подобна плотности света звёзд, космического микроволнового излучения и галактического магнитного поля и составляет примерно порядка 1 эВ/куб. см. Эта плотность энергии примерно на 8 порядков меньше, чем плотность солнечного света на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца, то есть на Земле. Более того, космические лучи взаимодействуют с верхним слоем атмосферы и их энергия превращается в атмосферные ливни. Большинство частиц и гамма-лучей из атмосферных ливней задерживаются в атмосфере до того, как достигают уровня земли, и только вторичные мюоны и нейтрино, которые несут малую долю общей энергии достигают поверхности. Так что, на первый взгляд кажется, что галактические космические лучи не могут значительно воздействовать на жизнь на Земле. Но это не так. Всё больше накапливается свидетельств того, что даже умеренные изменения потока космических лучей, которые достигают атмосферы, имеют значительные эффекты, несмотря на их низкую плотность энергии. Эти данные приходят из двух источников:

1. Взаимодействие космических лучей с атомными ядрами в верхней атмосфере создаёт ливни вторичных частиц, некоторые из которых создают радиоактивные изотопы ¹⁴C and ¹⁰Be, которые достигают поверхности Земли или за счёт углеродного цикла (С14) или в результате дождя и снега (Be10). Поскольку это их единственный земной источник, их концентрация в кольцах деревьев, кернах льда и морских отложениях даёт хорошие данные об интенсивности галактических космических лучей, которые достигали атмосферы в прошлом. Они показывают чёткую корреляцию между климатическими изменениями и вариациями потока космических лучей в эпоху Голоцена.

2. Ионы, создаваемые космическими лучами, увеличивают количество возникающих низковысотных облаков (e.g., Carslaw et al. 2002). Из данных, собранных за последние 20 лет, спутниками и датчиками нейтронов, следует чёткая корреляция между глобальным облачным покровом и потоком космических лучей с энергиями больше 10 Гэв, которые проникают сквозь геомагнитное поле. Облачный покров снижает глобальный уровень освещённости в среднем на 30 Вт/кв.м., что составляет 13% от глобальной солнечной освещённости. Увеличение потока галактических космических лучей связывается с увеличением низкого облачного покрова, который увеличивает отражающую способность атмосферы и приводит к снижению температуры.

Космические лучи влияют на жизнь и другими способами:

1. Созданные космическими лучами атмосферные ливни из заряженных частиц вызывают разряды молний в атмосфере (Gurevich and Zybin, 2005). Эти ливни создают NO и NO2 путём прямой ионизации молекул, которые разрушают озон быстрее, чем он создаётся в разрядах. Уменьшение озона в атмосфере приводит к увеличению УФ излучения на поверхности.

2. Распад вторичных мезонов, создаваемых ливнями, приводит к возникновению высокоэнергетичных проникающих мюонов, которые достигают земли и проникают глубоко под землю и под воду. Небольшая доля энергетичных протонов и нейтронов из ливня, которая возрастает с ростом энергии начальной космической частицы, также достигает поверхности. В целом высокопроникающие вторичные мюоны ответственны примерно за 85% полной эквивалентной дозы, которые наносят космические лучи на уровне поверхности. Их взаимодействия, и взаимодействия их продуктов с электронами и ядрами в живых клетках, ионизируют атомы и разрывают молекулы и повреждают ДНК и РНК за счёт смещения электронов, атомов и ядер с их мест. Полная доза энергии, выделяющаяся из проникающих мюонов, которая приводит к 50% смертности в течение 30 дней составляет от 2.5 до 3 Грей (1 Гр= 10⁴ эрг/гр.) Один космический мюон выделяет примерно 4 Мэв/гр. в живых клетках, и таким образом летальный поток космических мюонов составляет примерно 5*10⁹ шт/кв.см, если он излучается в течение короткого времени (менее месяца). Чтобы подвергнуть такой дозе в течение месяца нормальный поток космических лучей должен возрасти примерно в 1000 раз на целый месяц.

Значительное увеличение потока космических лучей в течение длительных периодов времени может привести к глобальным климатическим катастрофам и подвергнуть жизнь на поверхности, под землёй и под водой опасным уровням радиации, что приведёт к раку и лейкемии. Однако большая часть галактических космических лучей имеет энергии менее 10 Гэв. Такие космические лучи, когда они проникают в гелиосферу, отражаются магнитным полем солнечного ветра до того, как они достигают окрестностей Земли и её геомагнитным полем до того, как они достигают земной атмосферы. Таким образом, поток галактических космических лучей, который достигает Земной атмосферы, модулируется вариациями солнечного ветра и земного магнитного поля. Жизнь на Земле адаптировалась к нормальному потоку космических лучей, который достигает ее атмосферы. Возможно, вызванные космическими лучами мутации живых клеток играли главную роль в эволюции и диверсификации жизни от первой клетки до нынешних миллионов видов. Любые достоверные утверждения о глобальном риске со стороны увеличения потока космических лучей должны демонстрировать, что ожидаемое увеличение больше, чем периодические изменения в потоке космических лучей, который достигает Земли, и связан с периодическими изменениями солнечной активности, геомагнитного поля и движения Земли, к которым земная жизнь уже адаптировалась.