Забележителното полярно сияние в началото на май тази година демонстрира мощта, която слънчевите бури могат да излъчат като радиация, но понякога Слънцето прави нещо много по-разрушително. Известни като "събития със слънчеви частици", тези взривове от протони директно от повърхността на слънцето могат да се изстрелят като прожектор в космоса.

Данните показват, че приблизително на всеки хиляда години Земята бива засегната от екстремно събитие със слънчеви частици, което може да причини сериозни увреждания на озоновия слой и да увеличи нивата на ултравиолетовата (UV) радиация на повърхността.

Анализирахме какво се случва по време на такова екстремно събитие, казват учените. Показваме също, че в моменти, когато магнитното поле на Земята е слабо, тези събития биха могли да имат драматичен ефект върху живота на цялата планета.

Критичният магнитен щит на Земята                                  

Магнитното поле на Земята представлява изключително важен защитен пашкул за живота, като отклонява електрично заредената радиация от Слънцето. В нормално състояние то функционира като гигантски бар магнит с полеви линии, които се издигат от единия полюс, заобикалят и се спускат обратно към другия полюс, по модел, който понякога се описва като "обърнат грейпфрут". Вертикалната ориентация на полюсите позволява на част от йонизиращата космическа радиация да проникне чак до горните слоеве на атмосферата, където взаимодейства с газовите молекули и създава сиянието, познато ни като полярно сияние.

Полето обаче се променя значително с течение на времето. През последното столетие северният магнитен полюс е преминал през Северна Канада със скорост от около 40 километра годишно, а полето е отслабнало с повече от 6 %. Геоложките данни показват, че е имало периоди от векове или хилядолетия, когато геомагнитното поле е било много слабо или дори напълно е отсъствало.

Можем да видим какво би се случило без магнитното поле на Земята, като погледнем Марс, който в древното минало е изгубил глобалното си магнитно поле и в резултат на това - по-голямата част от атмосферата си. През май, малко след полярното сияние, на Марс се появиха силни слънчеви частици. То наруши работата на космическия апарат "Марс Одисей" и доведе до нива на радиация на повърхността на Марс, около 30 пъти по-високи от тези, които бихте получили по време на рентгенова снимка на гръдния кош.

Силата на протоните

Външната атмосфера на Слънцето излъчва постоянно колебаещ се поток от електрони и протони, известен като "слънчев вятър". Повърхността на Слънцето обаче също така спорадично излъчва изблици на енергия, предимно протони, при събития, свързани със слънчеви частици, които често се свързват със слънчеви изригвания.

Протоните са много по-тежки от електроните и носят повече енергия, така че достигат до по-ниски височини в земната атмосфера, като възбуждат газовите молекули във въздуха. Тези възбудени молекули обаче излъчват само рентгенови лъчи, които са невидими за невъоръженото око.

Стотици слаби слънчеви частици се появяват на всеки слънчев цикъл (приблизително 11 години), но учените са открили следи от много по-силни събития в историята на Земята. Някои от най-екстремните са били хиляди пъти по-силни от всичко, регистрирано със съвременни инструменти.

Екстремни събития, свързани със слънчеви частици

Тези екстремни събития със слънчеви частици се случват приблизително на всеки няколко хилядолетия. Последното се е случило около 993 г. и е използвано, за да се докаже, че в сградите на викингите в Канада е използван дървен материал, отсечен през 1021 г.

По-малко озон, повече радиация

Освен непосредствения си ефект, събитията, свързани със слънчеви частици, могат също така да дадат началото на верига от химични реакции в горните слоеве на атмосферата, които могат да доведат до намаляване на озона. Озонът поглъща вредната слънчева ултравиолетова радиация, която може да увреди зрението, а също и ДНК (увеличавайки риска от рак на кожата), както и да повлияе на климата.

В новото ни изследване използвахме големи компютърни модели на глобалната атмосферна химия, за да проучим въздействието на екстремно събитие със слънчеви частици.

Установихме, че подобно събитие може да доведе до намаляване на нивата на озона за около година, като повиши нивата на ултравиолетовите лъчи на повърхността и увеличи увреждането на ДНК. Но ако слънчевият протон пристигне по време на период, когато магнитното поле на Земята е много слабо, увреждането на озона ще продължи шест години, като ще повиши нивата на ултравиолетовите лъчи с 25 % и ще увеличи степента на увреждане на ДНК, предизвикано от слънчевата светлина, с до 50 %.

Взривове на частици от миналото

Колко вероятна е тази смъртоносна комбинация от слабо магнитно поле и екстремни слънчеви протонни събития? Като се има предвид колко често се случва всяко от тях, изглежда вероятно те да се случват заедно сравнително често.

Всъщност тази комбинация от събития може да обясни няколко мистериозни случки в миналото на Земята.

Най-скорошният период на слабо магнитно поле - включително временна смяна на северния и южния полюс - започва преди 42 000 години и продължава около 1000 години. По това време са се случили няколко големи еволюционни събития, като изчезването на последните неандерталци в Европа и измирането на мегафауната на торбестите животни, включително гигантските вомбати и кенгурутата в Австралия.

Още по-голямо еволюционно събитие също е свързано с геомагнитното поле на Земята. Възникването на многоклетъчните животни в края на Едиакаранския период (отпреди 565 милиона години), засвидетелствано във вкаменелости в планината Флиндърс Рендж в Южна Австралия, е станало след 26-милионен период на слабо или липсващо магнитно поле.

По подобен начин бързата еволюция на различни групи животни по време на Камбрийската експлозия (преди около 539 милиона години) също е свързана с геомагнетизма и високите нива на ултравиолетовите лъчи. Едновременната еволюция на очите и твърдите телесни обвивки при множество несвързани групи е описана като най-доброто средство както за откриване, така и за избягване на вредните входящи UV лъчи, в "бягство от светлината".

Все още едва сега започваме да изследваме ролята на слънчевата активност и магнитното поле на Земята в историята на живота.