Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата

• Название: Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
• Автор: Хенрик Свенсмарк
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-91678-093-2

Как образуются облака? Оказывается, «виновники» этого процесса — космические лучи. А от облачного покрова зависит температура нашей планеты. Больше космических лучей — на Земле холоднее. Потоки заряженных частиц из космоса уменьшаются — планета теплеет. Так все просто? Нет, конечно же, не просто; картина куда более сложная и… захватывающая!

В своей книге, впервые выходящей на русском языке, датский физик Хенрик Свенсмарк и английский писатель, популяризатор науки Найджел Колдер объясняют, каким образом наше родное Солнце и далекие галактики участвуют в формировании погоды над нашими головами.

---

«Если гипотеза датских ученых верна, облачность в тот период должна была увеличиться и привести к очень ощутимому похолоданию. Наши результаты определенно опровергают „облачную“ гипотезу. Так как все параметры получены из одного ледового слоя, этот важный результат не зависит от точности датировки самого керна»[12].

Это был очень серьезный аргумент против любой тесной связи между космическими лучами, облаками и климатом. Другие исследователи — те, кто поддерживал идею о важной роли Солнца в климатических переменах, — во многом разделяли точку зрения Бера. Ваш покорный слуга, Колдер, был одним из тех, кто находился под сильным впечатлением от гипотезы Свенсмарка. Однако и он был всерьез озадачен возникшим препятствием и провел много времени в бесплодных попытках отыскать хоть какой-нибудь знак, что климат все-таки поменялся, после того как Земля уронила свой магнитный щит. Так как экскурс Лашамп противоречил самой сути теории, излагаемой в этой книге, мы должны дать очень четкий ответ. И значит, надо более внимательно взглянуть на то, как космические лучи попадают к нам.

2. Приключения космических лучей

Остатки сверхновых разбрызгивают вокруг себя космические лучи.

В галактике Млечный Путь они играют совершенно неожиданную роль.

Магнитные поля Солнца и Земли отбрасывают часть космических лучей.

Атмосфера служит препятствием почти для всех заряженных частиц, за исключением лишь тех, которые обладают высокими энергиями.

Космические лучи, влияющие на климат, насмехаются над магнитным полем земли.

Благодаря отважным исследователям, поднявшимся высоко в небо, чтобы провести свои опыты в 1911–1912 годах, мы узнали, что чем выше вы поднимаетесь, тем сильнее становится электропроводность воздуха. Отважный Виктор Гесс из Института исследований радия Венской Академии наук отнес этот эффект на счет того, что он называл «высотной радиацией», die Höhenstrahlung. Роберт Милликен из Чикагского университета ошибочно полагал, что это гамма-лучи, и переименовал виновника, то есть космические лучи, в «сверхрентгеновские», по аналогии с уже открытым радиоактивным излучением. Вскоре выяснилось, что это заряженные частицы, в том числе и некоторые виды, неизвестные ранее.

В течение сорока лет космические лучи находились в авангарде фундаментальной физики, щедро одаривая ученых Нобелевскими премиями. Когда почти все субатомные частицы, полученные с помощью ускорителей, были открыты, эстафетная палочка по изучению космических лучей перешла к тем исследователям космоса, у которых была возможность «перехватить» их в первозданном виде за пределами атмосферы. За изучение происхождения и роли этих частиц на космической кухне взялись астрономы. Наконец-то появилась возможность с большой долей уверенности описать полную историю приключений космических лучей, начиная с взрывного рождения первичных лучей до того момента, когда вторичные космические лучи пройдут сквозь воздух и наши тела и «растворятся» в геологических породах.

Поиски космических гнездовий

В 2003 году на одной широкой африканской равнине около города Виндхук (Намибия) близилась к завершению работа по созданию группы из четырех необычных телескопов. Но даже до того, как был готов последний из них, телескопы, работающие попарно, смогли увидеть, как происходит образование заряженных частиц на космических «фабриках» — в остатках взорвавшихся звезд. Ученые давно это предполагали, но, пока не появились новые результаты из Африки, подтверждений тому было недостаточно.

Трудность в том, что космические лучи — это заряженные частицы. Магнитные поля в Галактике и в непосредственной близости от Солнца и Земли заставляют их отклоняться от первоначального пути. И к тому времени, когда мы можем обнаружить эти частицы по соседству с нами, они поступают равномерно с разных сторон. Направление их движения говорит нам не больше о том, откуда они начали свой путь, чем полет мясной мухи.

Астрономы все же не теряли надежды отыскать места зарождения космических лучей. Когда частицы сталкиваются с атомами в космическом пространстве, они в том числе производят гамма-лучи. То есть там, где сконцентрировано много космических лучей, там гамма-излучение должно быть сильнее. И так как гамма-лучи — это форма света, они летят из своего источника к Земле по прямой, как и любой другой видимый свет.

Обычное космическое гамма-излучение, испускаемое радиоактивными элементами, могут зафиксировать наши спутники. В отличие от него гамма-лучи, выходящие из «фабрик по производству космических лучей», должны быть в тысячу раз сильнее. Чтобы их обнаружить, нужны большие телескопы, способные уловить отблески излучения в небе. Когда космические лучи вонзаются в атмосферу, они разгоняют электроны до скорости большей, чем скорость света в воздухе, и те в свою очередь производят ударные световые волны.

Телескоп обсерватории «Уиппл» (Аризона) был специально сконструирован для обнаружения таких ударных волн, и в 1989 году он первым уловил высокоэнергетические гамма-лучи, идущие от остатков сверхновой. Это была хорошо известная Крабовидная туманность в созвездии Тельца, где в 1054 году взорвалась сверхновая звезда. Но тогда телескоп не смог определить направление, откуда пришли космические лучи, во всяком случае, он определил его недостаточно точно, и астрономы так и не смогли сказать, в какой конкретно части увеличивающегося облака Крабовидной туманности образуются гамма-лучи.

Это открытие воодушевило специалистов, но так как они надеялись добиться большего, ученые взялись за усовершенствование своих инструментов. Одним из таких инструментов и стал четырехзеркальный телескоп в Намибии, названный «ГЕСС» в честь открывателя космических лучей. Над проектом трудились ученые из Германии, Франции, Англии, Чехии, Ирландии, Армении, Южной Африки и Намибии.

Когда часть зеркал была завершена, их направили на остатки сверхновой в созвездии Скорпиона, предположительно такого же возраста, что и Крабовидная туманность. Так как сейчас много астрономических объектов, остаток сверхновой в созвездии Скорпиона получил имя, похожее на номер автомобиля: RXJ1713.7–3946,— если его расшифровать, оно укажет на положение объекта в небе. После десяти часов наблюдений астрономам удалось получить снимок небесного тела, впервые обнаруженного при помощи высокоэнергетических гамма-лучей.

Изображение остатков сверхновой получилось очень отчетливым. При этом их форма, размер и другие детали совпадали с тем, что можно было увидеть на сделанных ранее рентгеновских снимках. В частности, гамма-лучи были более интенсивными на одной стороне оболочки, где она сталкивается с относительно густым облаком межзвездного газа. Именно там теоретики предсказывали наличие наибольшего количества заряженных частиц.

RXJ1713.7–3946 — довольно крупное образование, и хотя оно лежит в 3000 световых лет от нас, с Земли этот объект «выглядит» больше, чем Луна.

Пола Чадвик из университета Дарема с восторгом рассказывала о первых результатах, добытых «ГЕССом»:

«Полученная фотография — это действительно большой шаг по направлению к гамма-лучевой астрономии, а остатки сверхновой — самый восхитительный для фото-сессии объект. Если бы ваши глаза были чувствительны к гамма-излучению, то, находясь в Южном полушарии, вы бы смогли видеть огромное кольцо, ярко пылающее в небе каждую ночь»[13].

А мы добавим, что, если бы вы также были способны видеть космические лучи, а не просто представлять их себе, вы бы увидели, как они выстреливают из светящегося кольца во всех направлениях и, вибрируя, прокладывают свой путь через Галактику, послушно следуя всем указаниям ее магнитных полей. Но так как этому объекту исполнилась всего лишь тысяча лет, RXJ1713.7–3946 едва лишь приступил к образованию космических лучей.

Из пепла

Хотя «сверхновая» вроде бы означает, что звезда «новая», на самом деле она уже давно существует на небе, просто в один прекрасный момент звезда внезапно вспыхивает и становится более заметной для наблюдателей. Звезда разрушается в процессе катаклизма, о чем говорит ее необыкновенно мощное сияние. Существует много разных видов сверхновых, но главные «поставщики» космических лучей — звезды типов II и lb, масса которых намного превышает массу Солнца. В глубине Солнца ядерная печка переплавляет водород в гелий и тем самым вырабатывает энергию, поддерживающую жизнь на Земле. Когда большая часть водорода в ядре Солнца будет сожжена, начнет гореть гелий, синтезируя углерод и кислород. Так ведет себя любая звезда размером с Солнце. Сбросив свою оболочку в виде красивейшей планетарной туманности, само ядро превратится в белого карлика — маленькую, мертвую, медленно затухающую звезду.