Текст книги "Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата"

Автор книги: Хенрик Свенсмарк

Соавторы: Найджел Колдер
сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 15 страниц)

Поздний дриас, начавшийся 13 тысяч лет назад, был, возможно, особенно утомительным. Как уже упоминалось раньше, этот период наступил как раз тогда, когда ледниковый период, казалось, уже заканчивался. Данные радиоактивного углерода за этот период говорят, что на Землю проникло гораздо больше космических лучей, чем обычно, и холодные условия вернулись. Обломки с плавучих льдов щедро усеяли атлантическое дно, и, почувствовав второе дыхание, ледники сокрушили леса, привлекавшие людей в долины более комфортными условиями.

Осадков в Африке выпадало все больше, пока наконец все это не привело к неожиданному концу в позднем дриасе, когда на континент вползла засуха, иссушив озера и реки. В поселении Тель Абу-Хурейра, что находилось на южном берегу реки Евфрат (ныне – северная Сирия), жители нашли новый способ справляться с трудностями, внезапно на них обрушившимися. Именно там Гордон Хиллман и его коллеги из Лондонского института археологии обнаружили доказательства самого великого открытия доисторического периода: человек научился выращивать дикие зерновые, первоначально рожь и пшеницу.

«Главным побудительным фактором, способствовавшим этому нововведению, было то, что во время засухи позднего дриаса резко сократилось количество важнейших дикорастущих средств пропитания. Начало возделывания почвы и разведения растений послужило основой для последующего развития и быстрого распространения комплексной агропастбищной экономики» [11]11
  C. Hillman et al. The Holocene. Vol. 11, pp. 383–393, 2001.


[Закрыть].

Возьмем на заметку, что всплеск космических лучей имел важнейшие последствия для жизни людей. Можно проанализировать и другие примеры того, как изменения климата отразились на жизни человечества. Во время ледникового периода современные люди постепенно расселялись, занимая территории Австралии и Сибири, и наконец добрались до Северной Америки. Как же связаны их путешествия и вечно меняющиеся климатические условия – то события Дансгора-Ошгера, то события Хайнриха, – да еще в разных частях нашей планеты?

До этого великого расселения климат сделал свой первый глубокий нырок в «ледяную прорубь» более чем 70 тысяч лет назад. Ученые пытались ответить на вопрос, что именно тогда произошло. Неужели пепел, взметнувшийся в небо во время извержения вулкана Тоба на Суматре – извержения, произошедшего 74,5 тысячи лет назад, – окутал мир тьмой и холодом, повергнув его в вулканическую зиму? Быть может, население Земли сократилось настолько, что все мы – потомки лишь нескольких выживших в той катастрофе?

Как бы ни были увлекательны эти предположения, доказательства весьма противоречивы. Если человечество было почти стерто с лица Земли, многие другие виды также должны были пострадать, однако тому нет подтверждений. Что касается климатического воздействия вулкана Тоба, то взрыв был настолько мощным, что пепел засыпал даже Индию, и, должно быть, выброс в стратосферу был также огромен. Тайваньские геологи нашли следы предыдущего сверхизвержения Тоба. Оно произошло 790 тысяч лет назад и было в два раза слабее последующего. Но тогда извержение сопровождалось значительным потеплением, и ледниковые температуры уступили место межледниковым условиям. Возможно, на небольшой срок и похолодало, но это, очевидно, никаких долгосрочных последствий не вызвало, и на сегодня следы того похолодания не обнаружены.

Свидетельства деятельности Тоба мы находим на буровых площадках Гренландии и Антарктики. Подсчеты уровня содержания во льду тяжелого кислорода, или кислорода-18,– хороший индикатор температур, господствовавших в те времена, когда древние слои льда формировались из выпавшего снега. В отличие от углерода-14 изотопы кислорода – это не продукт деятельности космических лучей, а относительно редкий компонент изначального земного запаса кислорода. Молекулы воды, в которые входит тяжелый кислород, более медлительны в своем поведении, чем молекулы, содержащие обычный кислород-16, и это делает их более заметными в холодных условиях. Таким образом, количество изотопов тяжелого кислорода в ледниковых щитах колеблется в зависимости от температуры.

Пробы гренландского льда однозначно указывают на кратковременный прогиб температур во время извержения Тоба, то есть около 74,5 тысячи лет назад. Однако намного более экстремальное погружение в холод началось тысячу лет спустя и совпало с сильным потеплением в Антарктике. Для Свенсмарка такой контраст между севером и югом – это знак того, что климатом управляют облака. Очевидно, что воздействие интенсивных космических лучей было сильнее и продолжительнее, чем влияние любого вулкана, пусть даже и Тоба.

Но если человечеству в тот момент и не угрожало вымирание, резкие скачки климата, случавшиеся из-за внезапных перепадов в солнечном настроении, постоянно мучили наших предков. В течение одной человеческой жизни можно было ощутить и взрывы тепла, и удары холода. Они шли длинной чередой, словно Природа разработала специальные тесты на умственные способности, маня людей надеждой на потепление и подгоняя кнутом холода, и лишь интеллект и умение приспосабливаться помогали человечеству выжить. Археологам все еще предстоит проследить различные связи между генетикой, миграцией людей, технологиями и изменениями климата. Но среди тысяч поколений людей мы – быть может, первые, кто испугался потепления.

В 2005 году умер Джерард Бонд, кропотливо изучавший события «дрейфующего льда» в Атлантике, но он оставил нам в наследство данные, ясно свидетельствующие о том, что Природа была в силах часто и кардинально менять климат задолго до промышленной революции. Вместе с данными Юрга Бера о бериллии-10 результаты исследований Бонда не оставляют возможности ни одному здравомыслящему человеку отрицать важную роль Солнца в изменениях климата, к которым относится и большая часть потеплений, начиная с малого ледникового периода и до начала двадцать первого века.

Впрочем, сам Бер так и не согласился со Свенсмарком. Он не считал, что космические лучи – это нечто большее, чем просто показатель солнечной активности, и что именно они приводят в действие климатический механизм, формируя облака. И это было не просто его желание считать солнечное излучение главной движущей силой климата – Бер нашел весомый аргумент против теории Свенсмарка. Он обнаружил, что космические лучи могут быть вовсе не причастны к изменениям климата, если приток заряженных частиц регулирует не Солнце, а другой щит, удерживающий космических гостей в отдалении, – собственное магнитное поле Земли.

«Наши результаты определенно опровергают „облачную“ гипотезу»

Эдмунда Галлея мы знаем как ученого, правильно предсказавшего возвращение кометы, названной впоследствии в его честь, но вообще он был весьма разносторонним исследователем. Помимо изучения звезд, он также участвовал в океанографических экспедициях и, составляя карту магнитных полей Земли, заметил, что поля постоянно меняют свое положение. До 1656 года, когда родился Галлей, компасы кораблей, курсировавших в Ла-Манше, указывали вместо севера на восток. К 1700 году стрелки уже показывали на запад, и если бы опытные шкиперы вели суда на юг по каналу, традиционно полагаясь на компас, они непременно разбились бы о пользовавшиеся дурной славой скалы Каскетс. Галлей убедил моряков подкорректировать курс на один румб, то есть на 11,25 градуса.

Перемотаем пленку истории вперед на триста лет, и мы увидим, как преемники Галлея по геомагнетической науке беспокоятся, что напряженность поля Земли после двух тысяч лет медленного и постепенного ослабления вдруг стала резко падать. Команда французских и датских ученых сравнила замеры, сделанные датским спутником «Эрстед» в 2000 году, с аналогичными данными, только полученными двадцатью годами ранее американским спутником «Магсат». Они обнаружили, что геомагнитное поле слабеет очень быстро, и простые арифметические подсчеты предсказывают полное его исчезновение приблизительно через тысячу лет.

Пятно над Южной Атлантикой, где поле практически бездействует и спутники особенно беззащитны перед солнечным излучением, ширится в сторону южной части Индийского океана. Ослабление магнитного поля создает большие неудобства для конструкторов летательных аппаратов. Геологическая служба Канады сообщает, что скорость перемещения северного магнитного полюса в последнее время возросла и ныне составляет 40 километров в год. Специалисты гадают, уж не собирается ли наша планета поменять местами северный и южный магнитные полюса.

Так уже не раз случалось в прошлом, причем через неравные промежутки времени, о чем говорят узкие полосы намагниченной породы на дне океана и в древних потоках лавы на земле. Последний случай, когда ваш компас показывал бы строго на юг, вместо того чтобы показывать на север, был 780 тысяч лет назад, перед тем как произошло событие, известное как инверсия Матуяма-Брюнес. Эти события длятся довольно долго: поле ослабевает в течение тысячи лет и даже больше, а затем ему требуется столько же времени, чтобы восстановиться, но уже в «перевернутом» виде.

Если бы Земля потеряла на некоторое время большую часть своей магнитной силы и перестала обороняться от галактического излучения, имело бы это значение? На первый взгляд ответ кажется очевидным – нет, не было бы никакого заметного вреда. Инверсии геомагнитного поля были открыты в начале двадцатого столетия Бернаром Брюнесом из Франции и Мотонори Матуямой из Японии. С тех пор многие ученые искали хоть какие-то знаки, что такие события имели значимые последствия, но – безуспешно. И пусть вы пытаетесь вообразить, как сильно, наверное, были обескуражены перелетные птицы и другие животные, путешествующие по врожденному магнитному «компасу», тем не менее земные породы не сохранили в своей памяти свидетельств хоть сколько-нибудь серьезных изменений климата, вызванных этими магнитными переключениями.

Незадолго до бронзового века, приблизительно за 5000 лет до нашей эры, магнитное поле Земли также стало ослабевать. Образование радиоактивных атомов ускорилось по сравнению с прошлыми столетиями, но снова не было явного воздействия на климат. Даже напротив, это был самый теплый момент с той поры, как закончился последний ледниковый период.

Иногда кажется, что Земля пытается поставить свое магнитное поле с ног на голову, но все ее попытки проваливаются. Полюса начинают быстро перемещаться, поле сильно ослабевает, в затем все вновь возвращается на свои места. Об одном таком эпизоде в истории Земли ученым рассказали вулканические породы Шен-де-Пюи во Франции. Это был так называемый экскурс Лашамп, случившийся 40 тысяч лет назад, в самый разгар ледникового периода. Тогда сила геомагнитного поля была в десять раз меньше, чем сегодня.

Группа ученых из Швейцарского федерального института окружающей среды и технологий, возглавляемая Юргом Бером, провела специальные исследования ледниковых кернов, добытых с самой глубокой точки гренландского ледового щита. Они обнаружили, что по мере ослабевания магнитного поля Земли количество изотопов бериллия-10 и хлора-36, образующихся под воздействием космических лучей, увеличилось более чем на 50 процентов. И несмотря на это увеличение, никакого похолодания не последовало.

Что делает этот результат красивым и особенно убедительным, так это то, что индикаторы господствующих температур – обильные количества тяжелого кислорода и молекул метана – находятся в тех же слоях льда, что и индикаторы притока космических лучей. И поскольку нет необходимости искать дополнительные данные где-нибудь еще, эпизод Лашамп, запечатленный льдами Гренландии, подвергает предполагаемую связь между космическими лучами и климатом серьезному испытанию.

Когда в 2001 году Бер и его коллеги докладывали о результатах своих исследований, они отмечали, что, согласно теории Свенсмарка, значительное увеличение космических частиц должно было бы увеличить облачный покров Земли и сильно остудить ее, однако известно, что ничего подобного не произошло. В 2005 году Бер еще раз подтвердил свое мнение:

«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]12
  J. Beer. EAWAG News.No. 58,16–18, 2005.


[Закрыть].

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]13
  UK Particle Physics and Astronomy Research Council press release,4 ноября 2004 г.


[Закрыть].

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.

В более массивных звездах ядерное горение – в виде реакции синтеза – идет дальше. Сильная гравитация приводит к сжатию ядра, его температура возрастает так, что начинают «гореть» углерод и кислород, производя на свет – или, правильнее сказать, «в свете ядерного пламени» – более тяжелые элементы. В конечном итоге слияние ядер кремния порождает железо, и на этом энергия ядерной печки достигает своего предела. Тепло больше не выделяется, у звезды не остается сил, чтобы сопротивляться давлению гравитации, железное ядро коллапсирует, и все остальное звездное вещество рушится на него.

Поскольку внезапно высвобождается огромное количество энергии, верхние слои звезды отбрасываются наружу. Армии призрачных частиц, называемые нейтрино, взрывным манером выталкивают большую часть звездного вещества в окружающее пространство. А тем временем реакция синтеза, подстегнутая высвобожденной энергией, создает химические элементы тяжелее железа – по всей линейке, вплоть до золота, урана и даже далее.

Несколько недель сверхновая светит с силой миллиардов солнц. В этом случае мертвое ядро становится не белым карликом, а более плотным объектом, нейтронной звездой. Небо усеяно нейтронными звездами, и каждая означает смерть своей крупной предшественницы. Когда эти звезды молоды, они часто заявляют о своем существовании, посылая пульсирующие радиосигналы, поэтому они называются пульсары. Крабовидная туманность, самый известный остаток сверхновой, все еще хранит свой пульсар среди звездных обломков. Во многих других случаях пульсар получает легкий толчок в бок и ускользает, оставив развалины звезды позади, – как поджигатель, покидающий место преступления.

Распыленное до отдельных атомов вещество взрывной волной свободно расходится в космосе со скоростью в тридцать раз меньшей, чем скорость света, то есть 10 тысяч километров в секунду. В результате оно обладает колоссальной кинетической энергией, и приблизительно одна пятая этого вещества в конце концов будет преобразована в космические лучи, путешествующие со скоростями, близкими к скорости света. Но этот процесс требует времени.

По-настоящему образование космических лучей начинается только тогда, когда распыленное до атомов вещество становится таким же разреженным, как межзвездный газ, и встречает сопротивление с его стороны. Тогда вещество взорвавшейся звезды притормаживает и смешивается с атомами межзвездного вещества. Ударные волны становятся более интенсивными, а магнитные поля, связанные с ними, – более сильными.

Вот так в пределах разлетевшихся обломков сверхновой звезды и формируются «фабрики космических лучей». Немецкий и швейцарский астрономы, Вальтер Бааде и Фриц Цвикки, еще в 1934 году впервые выдвинули предположение, что источником космических лучей могут быть сверхновые звезды. Спустя 15 лет физик итальянского происхождения Энрико Ферми из Чикагского университета предположил, что заряженные частицы в космосе могут набирать энергию, если они отскакивают от движущегося магнитного поля. Представьте себе, как медленно летит резиновый мячик, когда его небрежно бросит ребенок, и как он отлетает на огромной скорости, стукнувшись о лобовое стекло проезжающей мимо машины.

Другие теоретики вскоре поняли, что ударная волна в остатках сверхновой создает особенно мощный ускоритель, так как неравномерные магнитные поля впереди и сзади ударной волны действуют как зеркало. Заряженные частицы, будущие космические лучи, отражаются то вперед, то назад и, каждый раз проходя сквозь ударную волну, постоянно накапливают энергию. Магнитные «зеркала» не дают частицам выйти, в то время как их ускорение продолжается. Когда они окончательно выберутся из остатков сверхновой, их скорость будет соответствовать той, какую могут придать частицам ускорители на Земле. Есть и такие, что двигаются в сотни раз быстрее, чем частицы, ускоренные в самых современных машинах, но таких относительно немного.

Так как водород самый распространенный элемент во Вселенной, большинство космических заряженных частиц – это протоны, ядра атомов водорода. Среди них, конечно, присутствуют и другие элементы: гелий, углерод, кислород и прочие – приблизительно в таких же пропорциях, в каких они представлены в Галактике, хотя излишек железа напоминает нам о том, что родина космических лучей – сверхновые звезды. Несмотря на такие нюансы, космические лучи – это всего лишь звездный мусор, быстро летящий через космическое пространство. Скорость даже самых медленных протонов составляет 90 процентов от скорости света. Впрочем, более быстрые их коллеги иногда приближаются к пределу скорости, но никогда не достигают его. Вместо этого их кинетическая энергия выражается в дополнительной массе.

В Институте астрономии Венского университета Эрнст Дорфи пытался выяснить, в какой степени временной режим событий, происходящих в сверхновой, зависит от силы взрыва и плотности окружающего ее газа. Расчеты Дорфи показывают, что обычно остатки прекращают расширяться приблизительно через двести лет после взрыва. Половина кинетической энергии идет на подогрев газа в остатках сверхновой в течение двух тысяч лет. К этому времени образование космических лучей уже идет полным ходом, и оно продолжает набирать обороты, пока не достигнет своего пика через тысячу столетий, после чего продолжается уже сотни тысяч лет.

Приблизительно через миллион лет остаток сверхновой, растратив большую часть энергии, теряет и свои уникальные черты, и лишь блуждающая нейтронная звезда напоминает о некогда сверкнувшем огромном голубом бриллианте. Меж тем многим другим уготована такая же судьба. Единовременно тысячи остатков сверхновых заняты тем, что раздают свои подарки в виде химических элементов и осыпают Млечный Путь галактическими космическими лучами.

Определение «галактические», кстати, позволяет отделить их от других высокоскоростных частиц, о которых вы, возможно, слышали. Космические лучи сверхвысоких энергийдовольно редки и, вероятно, зарождаются в других галактиках. Солнечные космические лучиотносительно слабы и появляются вследствие взрывов на Солнце. Их часто называют солнечными протонами,и они опасны для астронавтов и космических кораблей, но на земной поверхности вряд ли имеют какое-либо значение. Аномальные космические лучитакже незначительны. Они исходят от дальних ударных волн в магнитном поле Солнца и представляют интерес только для ученых в области космонавтики.

Когда бы ни появлялись космические лучи в нашей истории, мы подразумеваем обычный галактический вид. Они прибывают из внешнего космоса как первичные космические лучии, бомбардируя нашу атмосферу, производят частицы, называемые вторичными космическими лучами.Именно они – представители галактических гостей со взорвавшейся звезды – проносятся сквозь вас дважды в секунду даже сейчас, когда вы читаете этот абзац.

Не просто бесполезная добавка

Долгое время большинство астрономов смотрели на космические лучи как на любопытный, но малозначительный побочный продукт смерти звезд, все равно что мусор, оставшийся после похорон. К концу двадцатого века появилась совершенно иная концепция, которая в 2001 году получила свое отражение в манифесте Кати Ферье из Обсерватории Миди-Пиренеи (Тулуза). Во вступительных строках автор отводит космическим лучам достойное место в схеме астрономического порядка вещей:

«Звезды нашей Галактики – традиционно обозначаемой с прописной буквы, чтобы отличить ее от бесчисленного количества других галактик, – расположены в чрезвычайно разреженном пространстве, так называемой „межзвездной среде“ (МЗС), состоящей из обычного вещества, релятивистских заряженных частиц, известных как космические лучи, и магнитных полей. Эти три важнейшие составляющие – по давлению, ими оказываемому, – вполне сопоставимы, и они тесно связаны друг с другом электромагнитными силами» [14]14
  К. M. Ferrière. Reviews of Modern Physics.Vol. 73, pp. 1031–36, 2001.


[Закрыть].

Космические лучи покидают свои пенаты в остатках сверхновой и разгоняются до скорости, близкой к световой, так что можно было бы ожидать, что они быстро покинут нашу Галактику и унесутся дальше во Вселенную. Наиболее энергичные из них так и поступают, но большинство заряженных частиц путешествуют туда-сюда в пределах Галактики на протяжении миллионов лет, подобно рыбам, плавающим в широком, но очень мелком озере.

Диск ярких звезд, который мы видим с ребра и называем Млечным Путем, стиснут с обеих сторон гравитацией. Силовые линии сплющенного растянувшегося магнитного поля прокладывают себе путь через весь диск. По сравнению, скажем, с геомагнитным полем оно очень слабое, но трудится на протяжении многих тысяч световых лет и вынуждает блуждающие заряженные частицы следовать вдоль силовых линий в пределах диска. Напряженность поля и количество сопутствующих ему космических лучей – величины не постоянные, все зависит от конкретной области Галактики. Солнце и Земля вечно находятся в движении, поэтому и показания «счетчика» космических лучей также все время меняются.

Если космические лучи пытаются вырваться, поле почти всегда возвращает их назад, в Галактику. Как они в конечном итоге просачиваются в межгалактическое пространство – пока неясно. Обитателям нашей планеты сильно повезло, что многим частицам, собственно, и составляющим космические лучи, удается сбежать, – иначе их накопилось бы столько, что жизнь на Земле была бы невозможна. Средняя продолжительность существования космических лучей – от 10 до 20 миллионов лет. Их запас обновлялся сотни раз, с тех пор как родилась наша планета, но количество заряженных частиц не оставалось постоянным в течение этого времени. Меняется число взрывающихся звезд – меняется поток космических лучей, и мы можем связать всплески звездной рождаемости с экстремальными переменами климата в долгой истории Земли.

Космические лучи находятся рядом так давно, что они не могли не стать активным участником в том алхимическом действе, в процессе которого непрерывно формируются новые звезды и планеты. Благодаря своей многочисленности и кинетической энергии заряженные частицы оказывают давление на газ, распределенный в пространстве между звездами. И еще они помогают галактическому магнитному полю сопротивляться силе гравитации, пытающейся прижать межзвездный газ к срединной линии диска, и если бы ей это удалось – она сделала бы его таким же плоским, как кольца Сатурна.