Ārējā kosmiskā ietekme. Kāpēc to nereģistrē?

Ik pēc 12 000 un 24 000 gadu mūsu planēta nonāk ārējās kosmiskās ietekmes zonā, kas tiešā veidā ietekmē Zemes kodolu. Tā rezultātā notiek pārmērīga kodola un magmas uzsilšana, kas izraisa globālas katastrofas uz Zemes. Kas ir zināms par kosmiskās iedarbības ietekmi uz Saules sistēmu?

Pirmais fakts. Šī ietekme uz Saules sistēmu atnāk cikliski ik pēc 12 000 gadu, un ik pēc 24 000 gadu tā ir vēl spēcīgāka. Par to liecina kvartāra nogulumu ģeohronoloģiskie pētījumi un vulkānu izvirdumu pelnu slāņu analīze ledus kernos^{1, 2, 3} (att. 1, 2).

Att. 1. Globāla mēroga izvirdumi no 2013. g. p.m.ē. līdz 100 000 cal BP. starp 70° ZP un 70° DP. Ar svītrām ir atzīmēti intervāli, kas notiek aptuveni ik pēc 12 000 gadu. Attēlā redzamo apļu izmērs atbilst izvirduma mērogam. Interesanti, ka lielie sarkanie apļi norāda uz vēl katastrofālākiem izvirdumiem, kas notikuši aptuveni ik pēc 24 000 gadu.

Avots: Brown, S. K. et al. Characterisation of the Quaternary eruption record: analysis of the Large Magnitude Explosive Volcanic Eruptions (LaMEVE) database. J Appl. Volcanol. 3, 5 (2014). https://doi.org/10.1186/2191-5040-3-5

Att. 2. Vulkāniskās aktivitātes skala pēdējo 40 000 gadu laikā, pamatojoties uz ledus kernu datiem.

Vulkānisko izvirdumu skaita hronoloģija, balstīta uz notikumu radioaktīvā ogļūdeņraža datēšanu un izteikta kā relatīvā novirze.

Avots: Bryson, R. A. Late quaternary volcanic modulation of Milankovitch climate forcing. Theoretical and Applied Climatology 39, 115–125 (1989). https://doi.org/10.1007/bf00868307

Otrais fakts. Ietekme skar visas Saules sistēmas planētas (skatīt sadaļu „Izmaiņas citās Saules sistēmas planētās”).

Trešais fakts. Ārējā kosmiskā ietekme iedarbojas tikai uz planētu kodoliem, kas ietekmē gan to magnētiskās īpašības (skatīt sadaļu „Izmaiņas Zemes magnētiskajā laukā”), gan kodolu atrašanās vietu planētā iekšā (skatīt sadaļu „Kodola lēciens”). Tas dod pamatu apgalvot, ka šādai ietekmei ir milzīga enerģija.

Aplūkojot visus minētos faktus, rodas jautājums: kāpēc šī ietekme līdz šim nav tieši reģistrēta?

Apskatīsim secīgi visas pašlaik zināmās fiziskās ietekmes no kosmosa uz planētu Zeme (gravitācijas, elektromagnētiskā, akustiskā ietekme, kosmisko staru un tumšās matērijas ietekme) un vai tās var izsaukt izmaiņas Zemes un citu planētu kodolos ar cikliskumu 12 000 gadu.

Scenārijs 1. Gravitācijas mijiedarbība

Pieņemsim, ka Saules sistēma, lidojot kosmosā, nonāca gravitācijas anomālijā, ko izraisījuši citi objekti. Tad mainītos gan pašas Saules, gan visu planētu un to pavadoņu kustības trajektorijas, jo gravitācijas mijiedarbība ietekmē planētas kopumā. Tas nozīmē, ka tā pārvietotu visu planētu, nevis tikai tās kodolu. Bet tas nenotiek.

Daži zinātnieki uzskata, ka blakus esošās planētas vai gāzu giganti, piemēram, Jupiteris, tuvojoties Zemei, ar savu gravitācijas lauku var ietekmēt Zemes kodolu, pārvietojot to. Tomēr svarīgi atzīmēt, ka reģistrētās izmaiņas mūsu kodolā sākās nevis ar tā nobīdi, bet ar tā magnētisko īpašību izmaiņām 1995. gadā⁴ (att. 3). Un tikai pēc tam, 1998. gadā, notika kodola lēciens⁵.

Att. 3. Ziemeļu magnētiskā pola pārvietošanās ātrums (km/gadā). 1995. gadā tika reģistrēts straujš Ziemeļu magnētiskā pola dreifa ātruma pieaugums 3,5 reizes, no 15 km gadā līdz 55 km gadā. Elektromagnētisko lauku rada dinamo mehānisms Zemes kodolā, tāpēc ir acīmredzams, ka magnētiskā lauka izmaiņas norāda uz izmaiņām kodolā.

Ziemeļu magnētiskā pola pozīcijas dati no NOAA: https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/data/poles/NP.xy

Masas centra pārvietošanās bija jau notiekošo procesu sekas kodolā kopš 1995. gada. Tātad, to nevar izraisīt lielu kosmisko objektu gravitācijas ietekme. Turklāt, planētu tuvošanās Saules sistēmā notiek ar periodiskumu tikai daži desmiti gadu. Tāpēc tās nevar būt par iemeslu katastrofālām izmaiņām kodolā reizi 12 000 gadu.

Scenārijs 2. Tumšā matērija

Tumšās matērijas iezīme ir tā, ka tā nepiedalās elektromagnētiskajā mijiedarbībā⁶.

Tomēr tā piedalās gravitācijas mijiedarbībā, par kuru mēs runājām iepriekš. Tas nozīmē, ka tā ietekmētu zvaigžņu un planētu kustību kopumā, ne tikai to kodolus. Tādējādi, ārējā kosmiskā ietekme nevar būt saistīta ar tumšo matēriju.

Scenārijs 3. Elektromagnētiskā mijiedarbība. Pulsārs

Pieņemsim, ka mūsu Saules sistēma nonāca spēcīgā elektromagnētiskā starojumā, piemēram, no pulsāra (att. 4).

Att. 4. Ilustrācijā māksliniecisks pulsāra attēlojums. Tas izstaro divus radioviļņu starus (attēloti violetā krāsā). Kad pulsārs rotē, radioviļņi šķērso kosmosu kā bākas gaismas. Avots: NASA

Pulsārs — ātri rotējošas, spēcīgi magnetizētas neitronu zvaigznes, kas radušās supernovu sprādzienu rezultātā, ko izraisījis masīvu zvaigžņu kolapss. Pulsāri rada starojumu radio-, optiskajā, rentgena vai gamma diapazonā, kas uz Zemi nonāk kā periodiski impulsi.

Pulsāri izstaro šauri fokusētus dažādu enerģiju impulsus. Tomēr Saules sistēmas ceļā pa Galaktiku nav tādu pulsāru ar tik unikālu periodiskumu, lai attālums starp tiem būtu vienāds ar 12 000 gadu un katrs otrais izstarotu jaudīgāku plūsmu.

Scenārijs 4. Elektromagnētiskā mijiedarbība. Supernovas sprādziens vai uzliesmojums uz Saules

Pieņemsim, ka uz Saules uzliesmojuma rezultātā notika spēcīga elektromagnētiskā starojuma izvirdums Zemes virzienā vai arī pie mums nonāca elektromagnētisks impulss no supernovas sprādziena kosmosa dzīlēs.

Tomēr atcerēsimies, ka elektromagnētiskie starojumi, piemēram, rentgena un gamma starojums, galvenokārt tiek absorbēti atmosfērā (att. 5).

Att. 5. Shēma, kas parāda elektromagnētisko viļņu caurlaidību caur atmosfēru. Autors: NASA. Attēla avots: https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_astronomy#/media/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg

Līdz Zemes virsmai var nonākt tikai divi elektromagnētiskā starojuma veidi: redzamais gaismas diapazons un radioviļņi, bet līdz kodolam arī tie nenokļūst.

Tādējādi nekādi elektromagnētiskie viļņi no ārēja avota nevarētu ietekmēt planētas kodola stāvokli, jo tie vienkārši nenonāk Zemes dzīlēs.

Scenārijs 5. Kosmiskie stari

Vēl viens ārējs faktors, kas iedarbojas uz planētu no kosmosa, ir kosmiskie stari. Tās ir augstas enerģijas daļiņas: protoni, atomu kodoli, neitrīno, elektroni, kas pārvietojas ar ātrumiem, kas ir tuvi gaismas ātrumam. To izcelsme var būt ārpusgalaktiska, galaktiska vai no Saules.

Daudzi no tiem Zemes magnētiskā lauka ietekmē tiek novirzīti uz poliem, apejot Zemi.

Atlikusī daļa no kosmisko staru uzlādētajām daļiņām izkliedējas atmosfērā, izraisot sekundāro elementārdaļiņu lietu (att. 6). Dažas no tām var sasniegt Zemes virsmu, bet ne kodolu.

Att. 6. Datormodelis sekundāro elementārdaļiņu lietum, kas radies no sākotnējā 1 TeV enerģijas protona, kas trāpījis atmosfērā 20 km augstumā. Apakšā attēlota krasta līnija mērogā.

Sekundāro subatomāro daļiņu (galvenokārt elektronu) lietus veidojas daudzkārtēju kaskādes reakciju Zemes atmosfērā rezultātā. Lietus pirmcēlonis ir no kosmosa atmosfērā iekļuvusi primārā daļiņa, kas reaģē ar gaisa atomu kodoliem.

Att. 7. Shematisks attēlojums par to, kā protoni sadalās dažādās daļiņās un veidojas sekundāro daļiņu lietus. Diagrammā ar bultiņām norādītas mazākas daļiņas, kurās protoni var sadalīties. Šīs daļiņas var būt dažādas: no leptoniem (piemēram, elektroniem) līdz mezoniem un barioniem.

Zināmas tikai divu veidu daļiņas, kas spēj iekļūt zem Zemes virsmas: mioni un neitrīno. Mioni iekļūst simtiem metru dziļumā, pirms tie novirzās, palēninās un sadalās elektronā un neitrīno. Turklāt mioni nesasniedz Zemes kodolu.

Neitrīno — vienīgās zināmās daļiņas no kosmosa, kas var sasniegt Zemes kodolu. Augstas enerģijas neitrīno ir augsta iespējamība veikt ietekmi uz Zemes iekšējo daļu. Tomēr to plūsma nav pietiekami liela, lai nodotu pietiekamu enerģijas daudzumu Zemes kodolam, lai tajā notiktu novērojamas izmaiņas.

Savukārt zemas enerģijas neitrīno parasti iziet cauri Zemei, nereaģējot ar matēriju (att. 8).

Att. 8. Neitrīno — ideāli informācijas nesēji Visumā. (c) Irene Tamborra

Apskatīsim rezultātus. Veiktā dažādu zināmo fizikālo iedarbību scenāriju analīze liecina, ka neviens no tiem — ne gravitācija, ne elektromagnētiskā, ne akustiskā iedarbība, ne kosmiskie stari, ne tumšā matērija — nevar tieši ietekmēt planētas kodolu un izraisīt tās cikliskās izmaiņas, ko mēs novērojam visā Saules sistēmā.

Pašlaik mums ir tikai netieši norādījumi uz kosmisko ietekmi, tomēr nepieciešami instrumenti tās mērīšanai. Kā analoģiju var minēt slimības cēloņa meklēšanu mikrolīmenī: mēs ne vienmēr to varam atrast, jo nezinām par visiem eksistējošiem vīrusiem un sēnītēm. Tas nozīmē nepieciešamību turpināt meklējumus mikrolīmenī, lai atrastu slimību cēloņus.

Mūsdienu situāciju var aprakstīt kā globālu pandēmiju mūsu Saules sistēmā, kur visas planētas ir pakļāvušās ārējai kosmiskai ietekmei. Izmaiņas novēro pat uz gāzu gigantiem, kur pastāvīgi notiek kodolreakcijas. Tas ievērojami sašaurina meklējumu jomu, lai saprastu ārējās kosmiskās ietekmes avotus, norādot uz nepieciešamību veikt pētījumus mikropasaulē.

Šeit mēs saskaramies ar citu fizikas veidu, kuras hipotēzi skatiet sadaļā „Kas ir kosmiskā ietekme”. Ja zinātnieki varētu veikt tiešus mērījumus kodolā, viņi izmantotu izslēgšanas metodi, analoģisku neitronu monitoringam kodolreaktorā. Tomēr tiešas piekļuves kodolam mums nav. Tāpēc pašreizējā brīdī neitrīno plūsma no neitronu kodola varētu sniegt papildu informāciju par kodolā notiekošajiem procesiem.

Lai novērstu katastrofiskus notikumus uz Zemes, ir nepieciešams, lai cilvēces labākie prāti apvienotos un tiktu radīti nepieciešamie apstākļi šīs sarežģītās problēmas risināšanai — ārējā kosmiskā starojuma izpēte un mūsu planētas aizsardzība no tā.

Literatūras saraksts:

1. Арушанов М. Л. Динамика климата. Космические факторы. Hamburg: LAMBERT Academic Publishing, 2023. страница 33.

2. Brown, S. K. et al. Characterisation of the Quaternary eruption record: analysis of the Large Magnitude Explosive Volcanic Eruptions (LaMEVE) database. J Appl. Volcanol. 3, 5 (2014). https://doi.org/10.1186/2191-5040-3-5

3. Bryson, R. A. Late quaternary volcanic modulation of Milankovitch climate forcing. Theoretical and Applied Climatology 39, 115–125 (1989). https://doi.org/10.1007/bf00868307

4. Viterito, A. 1995: An Important Inflection Point in Recent Geophysical History. Int J Environ Sci Nat Res 29, 556271 (2022). https://doi.org/10.19080/ijesnr.2022.29.556271

5. Скачкообразные изменения трендов геодинамических и геофизических явлений в 1997-1998 гг. Авторы: Баркин Ю. В., Смольков Г. Я. Всероссийская конференция по солнечно-земной физике, посвящённая 100-летию со дня рождения члена-корреспондента РАН В. Е. Степанова (16 – 21 сентября 2013, г. Иркутск), г. Иркутск, 2013.

6. Bertone, G. & Hooper, D. History of dark matter. Rev. Mod. Phys. 90, 045002 (2018). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.04500