Zunanji kozmični vpliv. Zakaj ni zaznan?

Vsakih 12.000 in 24.000 let naš planet zapade pod zunanji kozmični vpliv, ki neposredno učinkuje na Zemljino jedro. To povzroči prekomerno segrevanje jedra in magme ter globalne katastrofe na Zemlji. Kaj vemo o učinkih kozmičnega vpliva na Osončje? 

Prvo dejstvo. Ta vpliv prihaja v Osončje ciklično vsakih 12.000 let, vsakih 24.000 let pa je še močnejši. To dokazujejo geokronološke študije kvartarnih sedimentov in analize plasti vulkanskega pepela v ledenih jedrih^{1, 2, 3} (sliki 1 in 2).

Slika 1. Izbruhi na globalni ravni od leta 2013 do pred 100.000 leti med 70˚ severne zemljepisne širine in 70˚ južne zemljepisne širine. Črte označujejo intervale približno vsakih 12.000 let. Velikost krogov na sliki ustreza obsegu izbruha. Večji rdeči krogi označujejo bolj katastrofalne izbruhe, ki so se zgodili približno vsakih 24.000 let.

Vir: Brown, S. K., Crosweller, H. S., Sparks, R. S. J. 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

Slika 2. Obseg vulkanske aktivnosti v zadnjih 40.000 letih na podlagi podatkov iz ledenih jeder.

Kronologija števila vulkanskih izbruhov, ki temelji na radiokarbonskem datiranju dogodkov in je izražena kot relativna sprememba.

Vir: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

Drugo dejstvo. Ta kozmični vpliv učinkuje na vse planete v Osončju (za podrobnosti glej razdelek »Spremembe na drugih planetih v Osončju«). 

Tretje dejstvo. Zunanji kozmični vpliv učinkuje le na jedra planetov, kar vpliva na njihove magnetne lastnosti (glej razdelek »Spremembe v Zemljinem magnetnem polju«) in na položaj jeder v notranjosti planetov (glej razdelek »Premik jedra«). To daje podlago za trditev, da ima takšen vpliv ogromno energijo.

Ob upoštevanju vseh zgoraj navedenih dejstev se postavlja vprašanje: zakaj tega vpliva doslej nismo neposredno zaznali?

Razmislimo o vseh trenutno znanih fizikalnih vplivih iz vesolja na planet Zemlja (gravitacijski, elektromagnetni, akustični, kozmični žarki in temna snov) in o tem, ali lahko povzročijo spremembe v jedrih Zemlje in drugih planetov ciklično vsakih 12.000 let.

Prvi scenarij: Gravitacijska interakcija

Predpostavimo, da se je Osončje, ki potuje po vesolju, znašlo v gravitacijski anomaliji, ki so jo povzročila druga telesa. Takrat bi se spremenile trajektorije samega Sonca, vseh planetov in njihovih satelitov, saj gravitacijska interakcija vpliva na planete v celoti. To pomeni, da bi se premaknil celoten planet, ne le njegovo jedro. Vendar se to ne dogaja.

Nekateri znanstveniki domnevajo, da sosednji planeti ali plinski velikani, kot je Jupiter, ko se približujejo Zemlji, s svojim gravitacijskim poljem morda vplivajo na Zemljino jedro in ga premaknejo. Vendar je treba opozoriti, da se zabeležene spremembe v našem jedru niso začele z njegovim premikom, temveč s spremembo njegovih magnetnih lastnosti leta 1995⁴ (slika 3). Šele po tem, leta 1998, se je zgodil premik jedra⁵.

Slika 3. Hitrost premikanja severnega magnetnega pola (km/leto). Leta 1995 je bil zabeležen močan pospešek hitrosti premikanja severnega magnetnega pola za 3,5-krat, s 15 km/leto na 55 km/leto. Elektromagnetno polje ustvarja mehanizem dinama v Zemljinem jedru, zato je očitno, da spremembe v magnetnem polju kažejo na spremembe v jedru.

Vir: Podatki NOAA o položaju severnega magnetnega pola:  https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/data/poles/NP.xy

Premik masnega središča Zemlje je bil že posledica procesov, ki so se v jedru dogajali od leta 1995. Torej ne more biti posledica gravitacijskega vpliva velikih kozmičnih teles. Poleg tega se približevanja planetov v Osončju dogajajo s periodičnostjo le nekaj deset let. Zato ne morejo biti vzrok za katastrofalne spremembe v jedru vsakih 12.000 let.

Drugi scenarij: Temna snov

Za temno snov je značilno, da ne sodeluje v elektromagnetni interakciji.⁶

Sodeluje pa pri gravitacijski interakciji, o kateri smo govorili zgoraj, kar pomeni, da bi vplivala na gibanje zvezd in planetov na splošno, ne le na njihova jedra. Zato zunanjega kozmičnega vpliva ne more povzročiti temna snov.

Tretji scenarij: Elektromagnetna interakcija. Pulzar

Predpostavimo, da naše Osončje zadene močno elektromagnetno sevanje, na primer pulzarja (slika 4).

Slika 4. Ilustrativni prikaz pulzarja. Oddaja dva snopa radijskih valov (prikazana v vijolični barvi). Ko se pulzar vrti, se radijski valovi širijo po vesolju kot luči svetilnika. Vir: NASA

Pulzar je hitro vrteča se, močno namagnetena nevtronska zvezda, ki nastane ob eksploziji supernove, ki jo povzroči kolaps takšne masivne zvezde. Pulzarji oddajajo radijsko, optično, rentgensko ali gama sevanje, ki na Zemljo prihaja v obliki periodičnih impulzov.

Pulzarji oddajajo ozko usmerjene impulze različnih energij. Vendar na poti gibanja Osončja v Galaksiji ni pulzarjev s tako edinstveno periodičnostjo, da bi bila razdalja med njimi enaka 12.000 let in bi vsak drugi izseval močnejši tok.

Četrti scenarij: Elektromagnetna interakcija. Eksplozija supernove ali izbruh na Soncu

Predpostavimo, da je zaradi izbruha na Soncu prišlo do močne emisije elektromagnetnega sevanja proti Zemlji ali da jo je zadel elektromagnetni impulz iz eksplozije supernove v globinah vesolja.

Vendar ne pozabimo, da elektromagnetno sevanje, kot so rentgenski in gama žarki, večinoma absorbira atmosfera (slika 5).

Slika 5. Shema prehajanja elektromagnetnih valov skozi atmosfero. Avtor: NASA

Vir slike: https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_astronomy#/media/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg

Zemljino površje lahko dosežeta le dve vrsti elektromagnetnega sevanja: vidno in radijsko, ki pa ne dosežeta tudi jedra.

Zato nobeno elektromagnetno valovanje iz zunanjega vira ne more vplivati na stanje jedra planeta, saj preprosto ne prodre globoko v Zemljo.

Peti scenarij: Kozmični žarki

Drugi zunanji dejavnik, ki na planet vpliva iz vesolja, so kozmični žarki. To so visokoenergijski delci: protoni, atomska jedra, nevtrini, elektroni, ki se gibljejo s hitrostjo, blizu svetlobni. Lahko so izvengalaktični, galaktični in sončni.

Mnogi od njih se pod vplivom Zemljinega magnetnega polja odklanjajo proti polom in krožijo okoli Zemlje.

Preostali nabiti delci kozmičnih žarkov se razpršijo v atmosferi in povzročijo nastajanje sekundarnih elementarnih delcev (slika 6). Nekateri od njih lahko dosežejo Zemljino površje, vendar ne jedra.

Slika 6. Računalniški model sipanja sekundarnih elementarnih delcev, ki izvirajo iz primarnega protona z energijo 1 TeV, ki vstopijo v atmosfero na višini 20 km. Na spodnji strani je v merilu prikazana obala.

Sipanje sekundarnih subatomskih delcev (predvsem elektronov) nastane pri večkratnih kaskadnih reakcijah v Zemljini atmosferi. Izvorni element je primarni delec, ki je iz vesolja vstopil v atmosfero in reagiral z jedri atomov zraka.

Slika 7. Shematski prikaz procesa razpada protona v različne delce in nastanka sipanja sekundarnih delcev. Puščice na shemi označujejo hčerinske delce, na katere lahko protoni razpadejo. Ti delci so lahko različni, od leptonov (npr. elektronov) do mezonov in barionov.

Poznamo le dve vrsti delcev, ki prodrejo pod površje Zemlje: mione in nevtrine. Mioni prodrejo več sto metrov globoko, preden se odklonijo, upočasnijo in razpadejo na elektron in nevtrino. Mioni ne dosežejo zemeljskega jedra.

Nevtrini so edini znani delci iz vesolja, ki lahko dosežejo Zemljino jedro. Visokoenergijski nevtrini imajo veliko verjetnost, da bodo vplivali na notranjost Zemlje. Vendar njihov tok ni dovolj velik, da bi v Zemljino jedro prenesli dovolj energije za povzročitev opaznih sprememb.

Nizkoenergijski nevtrini pa običajno preletijo Zemljo brez vzajemne interakcije z materijo (slika 8).

Slika 8. Nevtrini so idealni prenašalci informacij v vesolju. (c) Irene Tamborra

Če povzamemo. Analize scenarijev različnih znanih fizikalnih vplivov kažejo, da nobeden od njih – gravitacijski, elektromagnetni, akustični, kozmični žarki ali temna snov– ne more vplivati neposredno na jedro planeta in povzročiti cikličnih sprememb, ki jih opažamo v celotnem Osončju.

Trenutno razpolagamo s posrednimi indici o kozmičnem vplivu, vendar so potrebna orodja za njegovo merjenje. Kot analogijo vzemimo iskanje vzroka bolezni na mikroravni: ne moremo ga vedno najti, ker ne poznamo vseh obstoječih virusov in glivic. To pomeni, da je treba še naprej iskati na mikroravni, da bi našli vzrok bolezni.

Trenutno situacijo lahko opišemo kot globalno pandemijo v našem Osončju, kjer so vsi planeti izpostavljeni zunanjemu kozmičnemu vplivu. Spremembe opažamo celo na plinskih velikanih, kjer nenehno potekajo jedrske reakcije. To bistveno zožuje področje raziskovanja za razumevanje virov zunanjega kozmičnega vpliva in kaže na potrebo po raziskovanju na ravni mikrokozmosa.

Tu naletimo na drugo vrsto fizike, katere hipotezo si oglejte v razdelku »Kaj je kozmični vpliv«. Če bi znanstveniki lahko opravili neposredne meritve v jedru, bi uporabili izključevalno metodo, podobno kot pri nadziranju doz sevanja v jedrskem reaktorju. Vendar nimamo neposrednega dostopa do jedra. Zato bi v tem trenutku nevtrinski tok iz nevtronskega jedra lahko zagotovil dodatne informacije o procesih, ki potekajo v jedru.

Za preprečitev katastrofalnih dogodkov na Zemlji je potrebna združitev najboljših umov človeštva in vzpostavitev potrebnih pogojev za rešitev te težke naloge – preučevanje in zaščito našega planeta pred zunanjim kozmičnim vplivom.

Viri:

1. Arushanov, M. L. (2023).Dinamika klimata. Kosmicheskie faktory[Climate dynamics. Cosmic factors]. Hamburg: LAMBERT Academic Publishing. (p. 33).

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

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

4. Viterito, A. (2022). 1995: An important inflection point in recent geophysical history.International Journal of Environmental Sciences & Natural Resources, 29,556271. https://doi.org/10.19080/ijesnr.2022.29.556271

5. Barkin, Yu. V., & Smolkov, G. Ya. (2013).Skachkoobraznye izmeneniya trendov geodinamicheskikh i geofizicheskikh yavleniy v 1997-1998 gg. [Jump-like changes in trends of geodynamic and geophysical phenomena in 1997-1998]. Proceedings of the All-Russian Conference on Solar-Terrestrial Physics Dedicated to the 100th Anniversary of the Birth of Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences V. E. Stepanov (pp. 16–21, September 2013, Irkutsk). Irkutsk, Russia.

6. Bertone, G. & Hooper, D. (2018). History of dark matter.Reviews of Modern Physics, 90(4), 045002. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.045002