Izvanjski kozmički utjecaj: Zašto ga se ne detektira?

Svakih 12 000 i 24 000 godina naš planet je izložen izvanjskom kozmičkom utjecaju koji izravno utječe na Zemljinu jezgru. Kao rezultat toga, dolazi do prekomjernog zagrijavanja jezgre i magme, što dovodi do globalnih katastrofa na Zemlji. Što se zna o utjecaju kozmičkog udara na Sunčev sustav?

Činjenica 1#. Ovaj kozmički utjecaj ciklički ulazi u Sunčev sustav svakih 12 000 godina, s jačim udarom svake 24 000 godina. Na to ukazuju geokronološka istraživanja kvartarnih naslaga i analiza slojeva vulkanskog pepela u jezgrama leda^{1, 2, 3} (Slika 1, 2).

Slika 1. Globalne erupcije od 2013. godine n.e. do 100 000 kal. god. BP između 70˚ sjeverne i 70˚ južne geografske širine. Stupci označavaju intervale od otprilike svakih 12 000 godina. Veličina krugova na dijagramu predstavlja razmjere erupcije. Imajte na umu da veći crveni krugovi označavaju više katastrofalnih erupcija, koje su se događale otprilike svakih 24 000 godina.

Izvor: (a) Brown, S.K., Crosweller, H.S., Sparks, R.S.J. et al. Karakterizacija zapisa kvartarnih erupcija: analiza baze podataka o eksplozivnim vulkanskim erupcijama velike magnitude (LaMEVE). J Appl. vulkanol. 3, 5 (2014) https://doi.org/10.1186/2191-5040-3-5

Slika 2. Razmjeri vulkanske aktivnosti u posljednjih 40 000 godina prema podacima iz ledenih jezgri.

Kronologija vulkanskih erupcija, temeljena na radiokarbonskom datiranju događaja i izražena kao relativno odstupanje.

Izvor: Bryson, R. A. Kasna kvaternarna vulkanska modulacija utjecaja Milankovićeve klime. Teorijska i primijenjena klimatologija 39, 115–125 (1989.). https://doi.org/10.1007/bf00868307

Činjenica #2. Ovaj kozmički utjecaj utječe na sve planete u Sunčevom sustavu (za više detalja pogledajte odjeljak „Promjene na drugim planetima Sunčevog sustava“).

Činjenica #3. Izvanjski kozmički utjecaj djeluje samo na jezgre planeta, što se odražava kako na njihova magnetska svojstva (vidi odjeljak „Promjene u Zemljinom magnetskom polju“), tako i na položaje jezgri unutar planeta (vidi odjeljak „Pomak jezgri“). To daje temelje za tvrdnju da takav utjecaj posjeduje ogromnu energiju.

Promatrajući sve navedene činjenice, postavlja se pitanje zašto taj utjecaj još nije izravno detektiran?

Razmotrimo redom sve poznate fizičke kozmičke utjecaje na planet Zemlju (gravitacijski, elektromagnetski, akustični, utjecaj kozmičkih zraka i tamne tvari) i odgovorimo mogu li oni uzrokovati promjene u jezgri Zemlje i jezgri drugih planeta ciklički svakih 12 000 godina.

Scenarij 1: Gravitacijska interakcija

Pretpostavimo da dok Sunčev sustav putuje svemirom nailazi na gravitacijsku anomaliju uzrokovanu drugim nebeskim objektima. U tom slučaju, putanje samog Sunca, svih planeta i njihovih mjeseca bile bi promijenjene, budući da gravitacijska interakcija utječe na planete u cjelini. Drugim riječima, pomaknula bi cijeli planet, a ne samo njegovu jezgru. Međutim, to se ne događa.

Neki znanstvenici nagađaju da bi susjedni planeti ili plinoviti divovi, poput Jupitera, koji se približavaju Zemlji, mogli utjecati na Zemljinu jezgru svojim gravitacijskim poljima, uzrokujući njezino pomicanje. Ali važno je napomenuti da zabilježene promjene u našoj jezgri nisu počele s njenim pomakom, već s promjenama u njezinim magnetskim svojstvima 1995. godine⁴ (Slika 3). Tek nakon toga, 1998. godine, dolazi do pomaka jezgre⁵.

Slika 3. Brzina sjevernog magnetskog pola (km/god). Godine 1995. zabilježeno je naglo ubrzanje u brzini pomicanja Sjevernog magnetskog pola, koja se povećala sa 9 milja (15 km) godišnje na 34 milje (55 km) godišnje, što je 3,5 puta brže. Elektromagnetsko polje generira dinamo mehanizam u Zemljinoj jezgri, pa je očito da promjene u magnetskom polju ukazuju na promjene u jezgri.

Izvor: Podaci o lokaciji sjevernog magnetskog pola NOAA https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/data/poles/NP.xy

Pomicanje središta mase Zemlje već je posljedica procesa koji su se odvijali u jezgri od 1995. godine. Dakle, gravitacijski utjecaj velikih kozmičkih objekata ne može biti uzrok. Štoviše, približavanja planeta u Sunčevom sustavu događaju se s periodičnošću od samo nekoliko desetljeća. Stoga ne mogu biti uzrokom katastrofalnih promjena u jezgri svakih 12 000 godina.

Scenarij 2: Tamna tvar

Karakteristika tamne tvari je da ne sudjeluje u elektromagnetskoj interakciji.⁶

Međutim, ona sudjeluje u gravitacijskoj interakciji, kao što je gore spomenuto, što znači da bi utjecala na kretanje zvijezda i planeta u cjelini, a ne samo na njihove jezgre. Stoga se izvanjski kozmički utjecaj ne može pripisati tamnoj tvari.

Scenarij 3: Elektromagnetska interakcija. Pulsar

Pretpostavimo da je naš Sunčev sustav naišao na snažno elektromagnetsko zračenje, na primjer, pulsara (slika 4).

Slika 4. Umjetnički prikaz pulsara. Emitira dvije zrake radio valova (prikazano ljubičastom bojom). Dok se pulsar okreće, ovi radiovalovi prolaze svemirom, slično snopovima svjetionika. Izvor: NASA.

Pulsar je brzo rotirajuća, visoko magnetizirana neutronska zvijezda nastala kao rezultat eksplozije supernove, uzrokovane kolapsom masivnih zvijezda. Pulsari emitiraju zračenje u radio valnim duljinama, vidljivoj svjetlosti, X-zrakama ili gama-zrakama, koje do Zemlje dopiru u obliku periodičnih impulsa.

Pulsari emitiraju usko usmjerene impulse različitih energija. Međutim, duž putanje Sunčevog sustava u Galaksiji nema pulsara s tako jedinstvenom periodičnošću da je udaljenost između njih točno 12 000 godina, a svaki drugi pulsar emitira jači puls.

Scenarij 4: Elektromagnetska interakcija. Eksplozija supernove ili solarna baklja

Pretpostavimo da je kao posljedica Sunčeve baklje došlo do snažnog izbijanja elektromagnetskog zračenja usmjerenog prema Zemlji ili je elektromagnetski puls došao od eksplozije supernove duboko u svemiru.

Međutim, podsjetimo da elektromagnetska zračenja, poput X-zraka i gama zračenja, najviše apsorbira atmosfera (vidi sliku 5).

Slika 5. Dijagram koji prikazuje prolazak elektromagnetskih valova kroz atmosferu. Autor: NASA. Izvor slike: https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_astronomy#/media/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg

Samo dvije vrste elektromagnetskog zračenja mogu doprijeti do Zemljine površine: vidljivi i radiovalovi, ali ni oni ne dopiru do jezgre.

Dakle, nikakvi elektromagnetski valovi iz vanjskog izvora ne bi mogli utjecati na stanje jezgre planeta jer jednostavno ne prodiru duboko u Zemlju.

Scenarij 5: Kozmičke zrake

Još jedan vanjski faktor koji utječe na planet iz svemira su kozmičke zrake. To su visokoenergetske čestice: protoni, atomske jezgre, neutrina, elektroni, koje se kreću brzinama bliskim brzini svjetlosti. Mogu biti ekstragalaktičke, galaktičke i solarne.

Mnoge od njih, pod utjecajem Zemljinog magnetskog polja, skreću prema polovima, obilazeći Zemlju.

Preostali dio nabijenih čestica kozmičkih zraka raspršuje se u atmosferi, uzrokujući stvaranje sekundarnih elementarnih čestica (slika 6). Neke od njih mogu dosegnuti površinu Zemlje, ali ne i jezgru.

Slika 6. Računalni model kiše sekundarnih elementarnih čestica generiranih primarnim protonom od 1TeV koji udara u atmosferu 20 km iznad Zemlje. Obala je prikazana na dnu u mjerilu.

Pljusak sekundarnih subatomskih čestica (pretežno elektrona) nastaje kao rezultat višestrukih kaskadnih reakcija u Zemljinoj atmosferi. Praotac pljuska je primarna čestica iz svemira koja ulazi u interakciju s jezgrama atoma zraka nakon ulaska u atmosferu.

Slika 7. Shematski prikaz procesa raspada protona na razne čestice i nastajanja kiše sekundarnih čestica. Na dijagramu su strelicama označene čestice kćeri na koje se protoni mogu raspasti. Te čestice mogu varirati od leptona (kao što su elektroni) do mezona i bariona.

Poznato je da samo dvije vrste čestica prodiru ispod Zemljine površine: mioni i neutrina. Mioni prodiru stotinama metara duboko prije nego što skrenu, uspore i raspadnu se ma elektron i neutrino. Međutim, mioni ne dopiru do Zemljine jezgre.

Neutrina su jedine poznate čestice iz svemira koje mogu doprijeti do Zemljine jezgre. Visokoenergetska neutrina imaju veliku vjerojatnost interakcije s unutrašnjosti Zemlje. Međutim, njihov tok nije dovoljno velik da prenese dovoljno energije u Zemljinu jezgru da izazove vidljive promjene.

Niskoenergetska neutrina obično prolaze kroz Zemlju bez interakcije s materijom (Slika 8).

Slika 8. Neutrina — savršeni prijenosnici informacija u svemiru. (Izvor slike) Irene Tamborra

Sažmimo. Analiza scenarija različitih poznatih fizičkih fenomena ukazuje da niti jedna od njih — gravitacijske, elektromagnetske, akustične, kozmičke zrake ili tamna tvar — ne mogu izravno utjecati na jezgru planeta i uzrokovati cikličke promjene opažene u cijelom Sunčevom sustavu.

Trenutno imamo neizravne dokaze o kozmičkom utjecaju, ali potrebna je oprema za njegovo mjerenje. Kao analogiju, razmislite o traženju uzroka bolesti na mikroskopskoj razini: ne možemo ga uvijek pronaći jer nismo svjesni svih postojećih virusa i gljivica. To implicira potrebu za nastavkom potrage na mikrorazini kako bi se pronašao uzrok bolesti.

Trenutna situacija može se opisati kao globalna pandemija u našem Sunčevom sustavu, gdje su svi planeti podložni izvanjskom kozmičkom utjecaju. Promjene se opažaju čak i na plinovitim divovima, gdje se neprestano događaju nuklearne reakcije. Time se značajno sužava područje potrage kako bi se razumio izvor izvanjskog kozmičkog utjecaja, što ukazuje na nužnost istraživanja na mikrokozmičkoj razini.

Ovdje se susrećemo s drugom vrstom fizike, čija se hipoteza može vidjeti u odjeljku „Što je kozmički utjecaj“. Kad bi znanstvenici mogli provesti izravna mjerenja u jezgri, oni bi koristili metodu isključivanja sličnu praćenju doze u nuklearnom reaktoru. Međutim, nemamo izravan pristup jezgri. Stoga bi trenutno protok neutrina iz neutronske jezgre mogao pružiti dodatne informacije o procesima koji se odvijaju u jezgri.

Kako bi se spriječili katastrofalni događaji na Zemlji, najbolji umovi čovječanstva moraju se ujediniti i stvoriti potrebne uvjete za rješavanje ovog složenog zadatka — proučavanja i zaštite Zemlje od izvanjskog kozmičkog utjecaja.

Reference:

1. Arushanov, M. L. (2023.). Dinamika klime. Kosmicheskie faktory [Klimatska dinamika. Kozmički faktori]. Hamburg: LAMBERT Academic Publishing. (str. 33).

2. Brown, S.K. i sur. (2014.). Karakterizacija zapisa kvartarnih erupcija: Analiza baze podataka o eksplozivnim vulkanskim erupcijama velike magnitude (LaMEVE). Journal of Applied Volcanology, 3, 5. https://doi.org/10.1186/2191-5040-3-5

3. Bryson, R. A. (1989.). Kasna kvartarna vulkanska modulacija utjecaja Milankovićeve klime. Teorijska i primijenjena klimatologija 39, 115–125. https://doi.org/10.1007/bf00868307

4. Viterito, A. (2022.). 1995.: Važna točka prekretnice u novijoj geofizičkoj povijesti. Međunarodni časopis za znanosti o okolišu i prirodne resurse, 29, 556271. https://doi.org/10.19080/ijesnr.2022.29.556271

5. Barkin, Yu. V. i Smolkov, G. Ya. (2013.). Skachkoobraznye izmjene trendova geodinamicheskih i geofizicheskih yavleniy u 1997.-1998. g. Skokovite promjene trendova geodinamičkih i geofizičkih pojava 1997.-1998. Zbornik radova Sveruske konferencije o solarno-zemaljskoj fizici posvećenoj 100. obljetnici rođenja dopisnog člana Ruske akademije znanosti V. E. Stepanova (str. 16–21, rujan 2013., Irkutsk). Irkutsk, Rusija.

6. Bertone, G. i Hooper, D. (2018.). Povijest tamne tvari. Reviews of Modern Physics, 90(4), 045002. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.045002