حدث كوني أعاد كتابة تاريخ مناخ الأرض

يسلط بحث فيزيائي فلكي جديد الضوء على حدث كوني رائع وقع قبل مليوني سنة عندما مر النظام الشمسي عبر سحابة كثيفة بين النجوم. ربما يكون هذا قد أدى إلى تغيير مناخ الأرض من خلال التعرض للإشعاع الكوني المعزز، بدعم من النظائر المتزايدة الموجودة في السجل الجيولوجي.

كانت الأرض مكانًا مختلفًا تمامًا قبل مليوني عام، عندما عاش أسلافنا البشريون الأوائل جنبًا إلى جنب مع النمور ذات الأسنان السيفية والمستودون والقوارض العملاقة. واعتمادًا على المكان الذي كانوا فيه، كان من الممكن أن يكونوا باردين: فقد سقطت الأرض في التجميد العميقوقد جاءت عدة عصور جليدية وذهبت حتى قبل 12000 سنة. يعتقد العلماء أن العصور الجليدية ناجمة عن عدد من العوامل، بما في ذلك ميل الكوكب ودورانه، وحركة الصفائح التكتونية، والانفجارات البركانية، ومستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

ولكن ماذا لو كانت هذه التغيرات الجذرية نتيجة ليس فقط لبيئة الأرض، ولكن أيضًا لموقع الشمس في المجرة؟

تأثير رحلة الشمس الكونية

في ورقة جديدة نشرت اليوم (10 يونيو). علم الفلك الطبيعي، وجدت المؤلفة الرئيسية وعالمة الفيزياء الفلكية ميراف أوبر – أستاذ علم الفلك في جامعة بوسطن وزميلة في معهد هارفارد رادكليف – دليلاً على أنه منذ حوالي مليوني عام، واجه النظام الشمسي سحابة من المجرات كثيفة جدًا لدرجة أنها تداخلت مع الرياح الشمسية للشمس. . يعتقد عوفر وزملاؤه أن موقع الشمس في الفضاء قد يشكل تاريخ الأرض أكثر مما كان يُعتقد سابقًا.

دور الغلاف الشمسي في حماية الأرض

نظامنا الشمسي بأكمله تحت الحماية بلازما ويسمى الدرع الخارجي من الشمس الغلاف الشمسي. إنها تتكون من تيار مستمر من الجسيمات المشحونة تسمى الرياح الشمسية والتي تمتد على مدى فترات طويلة من الزمن بلوتوما الكواكب التفاف ناسا تدعو “فقاعة عملاقة”. إنه يحمينا من الإشعاع والأشعة المجرية المتغيرة الحمض النوويويعتقد العلماء أن هذا جزء من سبب تطور الحياة على الأرض.

ووفقا لدراسة حديثة، أدت السحابة الباردة إلى تقليص حجم النظام الشمسي، مما وضع الأرض والكواكب الأخرى في النظام الشمسي لفترة وجيزة خارج تأثير النظام الشمسي.

عواقب لقاء المجرة على الأرض

وقال عوفر، الخبير في الغلاف الشمسي: “هذه الورقة هي الأولى التي تثبت بشكل كمي التقاطع بين الشمس وشيء خارج النظام الشمسي يمكن أن يؤثر على مناخ الأرض”.

لقد شكلت نماذجه فهمنا العلمي للغلاف الشمسي وكيفية تنظيم الرياح الشمسية في الفضاء بين النجوم وبين النجوم خارج النظام الشمسي. وقد هزت نظريته القائلة بأن الغلاف الشمسي يشبه قطعة الكرواسون المنتفخة مجتمع فيزياء الفضاء. وهو الآن يلقي ضوءًا جديدًا على كيفية تأثير الغلاف الشمسي، ومكان تحرك الشمس عبر الفضاء، على كيمياء الغلاف الجوي للأرض.

يقول عوفر: “النجوم تتحرك، والآن لا تظهر هذه الورقة أنها تتحرك فحسب، بل إنها تمر بتغيرات جذرية”. اكتشف هذه الدراسة لأول مرة وبدأ العمل عليها خلال زمالة لمدة عام في معهد هارفارد رادكليف.

رؤى المحاكاة في التفاعلات الكونية

ولدراسة هذه الظاهرة، نظر عوفر ومعاونوه إلى الوراء في الزمن، مستخدمين نماذج حاسوبية متطورة لتصور مكان وجود الشمس قبل مليوني سنة، ومعها الغلاف الشمسي وبقية النظام الشمسي.

كما قاموا أيضًا برسم خريطة لمسار نظام شريطي محلي من السحب الباردة، وهي عبارة عن سلسلة من السحب الكبيرة والكثيفة والباردة جدًا والتي تتكون في معظمها من ذرات الهيدروجين. وتُظهر عمليات المحاكاة التي أجروها أن إحدى السحب القريبة من طرف ذلك الشريط، والتي يطلق عليها اسم الروابط المحلية للسحابة الباردة، ربما اصطدمت بالغلاف الشمسي.

الأدلة الجيولوجية والكونية

ولو حدث ذلك، لكانت الأرض قد تعرضت بالكامل للوسط البينجمي، حيث يختلط الغاز والغبار مع المكونات النووية المتبقية للنجوم المنفجرة، بما في ذلك الحديد والبلوتونيوم. وفي العادة، يقوم الغلاف الشمسي بتصفية معظم هذه الجسيمات المشعة. ولكن بدون حماية، يمكنهم الوصول بسهولة إلى الأرض.

وفقًا للورقة البحثية، يتوافق هذا مع الأدلة الجيولوجية التي تشير إلى زيادة نظائر 60Fe (الحديد 60) و244Pu (البلوتونيوم 244) في المحيط والقمر والجليد في القطب الجنوبي والصفائح الجليدية. ويتطابق التوقيت أيضًا مع سجلات درجات الحرارة التي تشير إلى فترة التبريد.

التأثيرات المجرية طويلة المدى

يقول آفي لوب، مدير معهد النظرية والحساب بجامعة هارفارد والمؤلف المشارك في هذه الورقة: “نادرًا ما تؤثر بيئتنا الكونية خارج النظام الشمسي على الحياة على الأرض”. “من المثير اكتشاف أن مرورنا عبر السحب الكثيفة قبل بضعة ملايين من السنين ربما يكون قد عرّض الأرض لتدفق كبير جدًا من الأشعة الكونية وذرات الهيدروجين. وتفتح نتائجنا نافذة جديدة على العلاقة بين تطور الحياة على الأرض و بيئتنا الكونية.

يقول أوفر إن الضغط الخارجي للوشق المحلي للسحابة الباردة من الممكن أن يستمر في إعاقة الغلاف الشمسي لمدة تتراوح بين مائتي عام إلى مليون عام، اعتمادًا على حجم السحابة. ويضيف: “ولكن بمجرد أن ابتعدت الأرض عن السحابة الباردة، اجتاح الغلاف الشمسي جميع الكواكب، بما في ذلك الأرض”. وهو نفس اليوم.

البحوث المستقبلية والآثار المترتبة عليها

من غير المعروف على وجه التحديد ما هو تأثير السحب الباردة على الأرض، إذا كانت قد أدت إلى عصر جليدي. ولكن لا تزال هناك بعض السحب الباردة في الوسط النجمي، والتي من المحتمل أن تكون قد حدثت منذ مليارات السنين منذ ولادة الشمس، كما يقول عوفر. وسوف تتعثر في مليون سنة.

ويعمل أوبر ومعاونوه الآن على العثور على المكان الذي كانت فيه الشمس قبل سبعة ملايين سنة، وحتى إلى ما قبل ذلك. أصبح تحديد موقع الشمس وبنية السحابة الباردة على مدار ملايين السنين الماضية أمرًا ممكنًا بفضل البيانات التي جمعتها مهمة Gaia التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي تنشئ أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للمجرة وتوفر نظرة غير مسبوقة. النجوم سريعة الحركة.

استكشاف المسار الماضي للشمس

يقول أوبر: “هذه السحابة كانت موجودة بالفعل في ماضينا، وإذا مررنا عبر سحابة ضخمة، فسنتعرض للوسط النجمي”. إن تأثير عبور المسارات التي تحتوي على الكثير من الهيدروجين والمواد المشعة غير واضح، لذا فإن أوبر وفريقه في جامعة بوسطن ناسا-تمويل SHIELD (الرياح الشمسية مع تبادل أيونات الهيدروجين والديناميكيات واسعة النطاق) مركز علوم القيادة وهي تدرس الآن تأثيرها على إشعاع الأرض والغلاف الجوي والمناخ.

يقول أوبر: “هذه مجرد البداية”. ويأمل أن تفتح هذه الورقة الباب لمزيد من الدراسة لكيفية تأثر النظام الشمسي بالقوى الخارجية في الماضي العميق وكيف شكلت هذه القوى الحياة على كوكبنا.

المرجع: “تعرض الأرض المباشر للوسط النجمي الكثيف البارد منذ 2-3 ملايين سنة” 10 يونيو 2024، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-024-02279-8

وقد تم دعم هذا البحث من قبل وكالة ناسا.