Животът на Земята зависи от съвместното влияние на космическото “време” и еволюцията на магнитното и поле
Астрономите казват, че основният двигател на космическото „време“ за Слънчевата система е Слънцето. Нашата звезда е направила живота на Земята възможен, но може също така да го унищожи с „леко махване на ръката“.
Невероятен брой фактори и променливи са довели до формирането на планетата Земя, която ние днес обитаваме и където животът намира различни начини да се развива и процъфтява дори и в най-сложните условия. Катализаторът за всичко това е Слънцето , което спомага животът на Земята с течение на времето да придобива все по-сложни форми, благодарение на стабилния си термоядрен синтез.
Но Слънцето остава безопасно за земните форми на живот само благодарение на вградената в Земята защита – магнитосферата. Както Слънцето, така и магнитосферата се променят с времето, като силата на всяка от тях варира. Слънцето насочва към нас мощни промени в космическо „време“, а магнитосферата ни защитава от тях.
Как космическото време и магнитосферата са повлияли на Земята
Ново изследване разглежда как Слънцето и магнитният щит на Земята са се променяли с времето и как тези промени са повлияли на обитаемостта на нашата планета. То е проведено от екип на Мадридския университет Карл III с ръководител Джакобо Варела.
Днес знаем много повече за Слънцето, отколкото дори преди няколко десетилетия. Слънчевата сонда Parker, Слънчевата и хелиосферна обсерватория SOHO, космическата обсерватория Solar Dynamics Observatory (SDO) и други космически апарати в момента интензивно изучават нашата звезда. Нашите знания надхвърлят общоизвестната информация, че Слънцето има 11-годишен цикъл и че понякога в неговите недра се зараждат особено мощни слънчеви бури, които могат да изключат електрическото оборудване на Земята.
Освен това ние научаваме все повече и за магнитосферата на Земята. Знаем, че въртящото се желязно ядро на планетата и конвекционните потоци създават магнитен щит, който блокира голяма част от опасната радиация на Слънцето, като същевременно пропуска топлината, идваща от него. Знаем, че полярните области на Земята могат да променят местоположението си и че силата на магнитосферата се е променяла с течение на времето.
Космическото „време“ и магнитосферата регулират еволюцията на формите на живот на Земята
Слънчевият вятър (SW) и магнитно поле на междупланетното пространство (IMF) се комбинират, определяйки космическото „време“, а обитаемостта на една планета зависи от това как космическото „време“ взаимодейства с нейната магнитосфера. В случая с нашата планета без силна магнитосфера тя би останала абсолютно незащитена.
„Това означава, че условията на космическото „време“ могат да налагат ограничения върху „способността“ на Земята и екзопланетите да защитават повърхностите си с помощта на магнитосфера, избягвайки при това въздействието на звездния вятър, стерилизиращ повърхността“, пишат авторите на изследването.
Короналните изхвърляния на маса (CMEs) имат най-разрушително въздействие върху магнитосферата на Земята. Когато Слънцето излъчва мощен CME, насочен към Земята, той временно деформира земната магнитосфера. Дневната и страна се свива, а нощната се удължава. В повечето случаи това води само до по-силни полярни сияния, като това естествено светлинно шоу достига по-ниски географски ширини от нормалното.
Но този баланс не винаги се е поддържал. В по-ранната история Слънцето се е въртяло по-бързо и е имало по-мощна магнитна активност. Тъй като короналните изхвърляния на маса се предизвикват от поведението на Слънцето, включително скоростта на неговото въртене и магнетизма му, нашата звезда в миналото е излъчвала по-мощни CME.
“Динамичното налягане на слънчевия вятър и интензивността на короналните изхвърляния са били много по-високи в по-ранните етапи от живота на Слънцето в сравнение с настоящето. По този начин смущенията, причинявани от младото Слънце в магнитосферата на Земята, са били много по-силни”, обяснява Джакобо Варела.
Въпросът е как точно се е променяло всичко това във времето и как се е отразявало на пригодността на планетата за живот? А и как това ще се отрази на Земята в бъдеще?
„Целта на това изследване беше да се анализира пригодността на Земята за живот в хода на еволюцията на Слънцето“, обясняват авторите.
Екипът е провел серия от подробни симулации, за да изследват взаимодействията между Слънцето и Земята през милиардите години история на Слънчевата система. Симулациите са се базирали на установени фактори в научните модели, като например силата на слънчевия вятър.
Еднн от показателите, което се е променял с времето, е силата на магнитното поле на Земята, което се измерва в микротесли. Последните доказателства показват, че то се променяло в цикъл от 200 милиона години. Тези промени са предизвиквани от процесите вътре в Земята, където се формира магнитното поле.
Авторите на изследването са изучавали как се е променяла пригодността на Земята за живот по време на периодите на слаба, нормална и висока интензивност.
Освен това е имало периоди, когато се променял не само интензитетът на магнитното поле на Земята, но и неговата структура. Земята е преживявала времеви периоди, когато нейното магнитно поле е ставало многополюсно, а не двуполюсно. През тези периоди силата на полето също се е променяла.
Земята е преживяла периоди на нисък интензитет на магнитното поле по време на Протерозойската ера и в периодите на Камбрия, Девона и Карбона от Палеозойската ера. Също така, нисък интензитет на магнитното поле се е наблюдавал в триаския период на Мезозоя. Тези времеви периоди съответстват на модели с интензитет до 5 микротесла и са обозначени в червено в табл.1
Периоди на малко по-силни магнитни полета (до 15 микротесла) е имало по време на Палеоархейската и Мезоархейската ера, Протерозойската ера, юрския период на Мезозойската ера и палеогенския период на Кайнозойската ера. Тези периоди в таблицата са обозначени в оранжево.
„Двуполюсен модел с интензивност на магнитното поле до 30 миктотесла е имало по време на Мезопротерозойската и Неоархейската ера, както и по време на неогенския и кватернерния (четвъртичния) период на Неозойската ера“, обясняват авторите.
Тези времеви периоди са маркирани в розово.
Силата на магнитното поле на Земята е била най-висока в най- ранните години на слънчевата система.
„Двуполюсен модел с висок интензитет на магнитното поле от 45 μT се е наблюдавал по време на Еоархейската ера и Архейската ера“, пишат авторите.
Тези периоди са обозначени в лилаво.
И така, какво следва от всичко това?
Критичната част от изследването е било определянето на разстоянието на магнитопаузата, представляваща границата магнитосферата на небесно тяло в случая Земята, на която налягането на магнитното поле е равно на налягането на обкръжаващата магнитосферата плазма или в случая – слънчевите ветрове. Това разстояние не е статично и се свива под въздействието на по-силни слънчеви ветрове и се разширява, когато магнитното поле на Земята е по-силно. По-горе на рис.2 е показано (a) намаляването на разстоянието на магнитопаузата в сравнение с (d), когато силата на магнитното поле е била по-висока.
По време на силни слънчеви ветрове и слаб магнетизъм разстоянието на магнитопаузата е по-близо до повърхността на Земята, което означава заплаха от страна на Слънцето за живота на планетата. Ако това разстояние намалее до нула, това означава, че радиацията от Слънцето ще може да достига до повърхността на планетата и пригодността на Земята за живот ще намалее значително.
„Ние стигаме до извода, че въздействието на космическото „време“ върху обитаемостта на Земята трябва да се смята за важен еволюционен фактор“, пишат авторите.
Изследването показва как космическото „време“ и силата на магнитното поле на Земята са се променяли с времето и са влияели на пригодността на планетата за обитаване, като са правили живота на нея по-непригоден в определени периоди. То също така показва, че по време на периоди на многополюсна конфигурация на магнитното поле на Земята, които предхождат обръщането на полюсите, ние сме по-уязвими към космическото „време“. Последното обръщане на полюсите се е случило преди около 780 000 години и тогава магнитният щит е отслабнал. Обръщането може да отнеме стотици или дори хиляди години. Все още сме защитени по време на инверсиите, но не толкова добре. Ако по това време се случи мощно изхвърляне на коронална маса, това може да причини разрушителна геомагнитна буря.
В далечното бъдеще двуполюсното магнитно поле на Земята ще отслабне, точно както се е случило на Марс. Планетата ни ще бъде по-малко способна да устоява на въздействието на Слънцето и нейната обитаемост ще се влошава. В крайна сметка последователните изхвърляния на коронална маса ще удрят повърхността на планетата, причинявайки все повече и повече разрушения в биосферата на Земята. С течение на времето даже сравнително слаб слънчев вятър ще може да достига повърхността на Земята и нашата планета ще бъде постоянно подложена на радиация.
