Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата

Также выражаем теплую благодарность Саймону Флинну и его коллегам в издательстве «Айкон Букс» за то, что они не только приняли нашу рукопись, несмотря на довольно странные обстоятельства, предшествовавшие объявлению результатов эксперимента, но и очень быстро и с большим энтузиазмом издали эту книгу.

Хенрик Свенсмарк Хеллеруп, Копенгаген, Дания

Найджел Колдер Кроли, Западный Сассекс, Англия

Вкратце

Прогуливаясь ясной звездной ночью, вы легко можете простудиться. Наши предки порой даже считали, что Луна и звезды высасывают жару из Земли и вызывают болезни у людей. Наблюдение, конечно, замечательное, но абсолютно безосновательное. Сегодня астрономы скажут вам, что большинство ярких звезд гораздо жарче Солнца. Однако когда самые большие из них превращаются в сверхновые и взрываются, они разбрызгивают по Галактике атомные снаряды — космические лучи. И в результате эти взорвавшиеся звезды все-таки охлаждают наш мир, так как делают его более облачным.

Эта идея на первый взгляд кажется бредовой. Кто бы мог подумать, что обычные облака, украшающие небо, подчиняются приказам взорвавшихся в далеком космосе звезд? Или что климат послушен атомным частицам, дождем сыплющихся на нас с Млечного Пути? Но проведенные недавно эксперименты приоткрыли завесу тайны и изменили многие представления ученых о климате, погоде и долгой истории жизни на Земле.

Чтобы снять обертку и добраться до некоторых вкусных секретов, которые Природа охраняла особенно тщательно, наша книга проведет вас по необычным местам: от океанского дна Атлантики до богатых окаменелостями холмов в Китае, от яростного Солнца до спиральных рукавов Млечного Пути. Из пропасти времени и пространства выскакивают неожиданные связи и непредсказуемые открытия. И так как столь широкий диапазон тем может озадачить читателя, для начала мы предлагаем вам краткий обзор всей книги. Если хотите, можете пропустить его.

Наш климат постоянно меняется. Первое представление о том, что космические лучи каким-то образом причастны к этому, дается в первой главе, где мы рассказываем о разных эпизодах потеплений и похолоданий, происходивших на Земле в течение нескольких тысяч лет. Последний ледниковый период, называемый «малым», достиг своего апогея триста лет назад и уступил место сегодняшнему теплому промежутку.

Малый ледниковый период связан с необычным состоянием Солнца, известным как минимум Маундера. Это состояние характеризуется крайне небольшим количеством пятен на Солнце, что свидетельствует о его слабой магнитной активности. Еще один показатель — быстрый темп образования радиоактивного углерода и других долгоживущих изотопов, рождающихся в ядерных реакциях в воздухе под воздействием космических лучей. От большинства космических заряженных частиц нас защищает магнитный щит Солнца, но когда оно слабеет — многим из них удается пробиться к Земле.

С тех пор как 11 с половиной тысяч лет назад закончилась последняя ледниковая эпоха, на планету девять раз обрушивались глобальные похолодания наподобие малого ледникового периода. Эти похолодания всегда были связаны с активным образованием радиоактивного углерода и других изотопов. Историки и археологи находят много доказательств того, как пришлось страдать от холодов нашим предкам. Продвигаясь все дальше во времени, в глубину ледниковых периодов, один немецкий ученый нашел мусор, который сбрасывали на дно океана армады айсбергов на протяжении нескольких следующих друг за другом холодных эпизодов. И опять-таки это было связано с низкой солнечной активностью.

Среди тех ученых, которые уже признали, что Солнце играет значительную роль в изменениях климата, представления о том, как именно наше светило влияет на климат, разнятся весьма существенно. Некоторые пытаются объяснить смену теплых и холодных периодов тем, что изменяется яркость Солнца. По их мнению, космические лучи не непосредственно воздействуют на погоду, а всего лишь характеризуют Солнце с точки зрения его магнетизма: более оно активное или менее, а следовательно, более яркое или тусклое. С другой стороны, датские ученые во главе с вашим покорным слугой Свенсмарком полагают, что космические лучи напрямую участвуют в климате, так как именно они регулируют облачность нашей планеты.

Тем не менее в конце первой главы мы приводим очень убедительный аргумент против теории Свенсмарка, высказанный одним швейцарским физиком. Около 40 тысяч лет назад магнитное поле Земли стало очень слабым. Геофизики называют этот эпизод «экскурс Лашамп». Вследствие ослабления магнитного поля Земли в земную атмосферу попало много космических частиц, и, как доказательство своего визита, они разбросали на своем пути «визитные карточки» — радиоактивные атомы. Согласно теории о связи космических лучей и облаков, не должны ли были они вызвать серьезное похолодание? Да, должны были. Однако этого не случилось.

Чтобы опровергнуть столь весомое возражение против его гипотезы, Свенсмарк по-новому взглянул на приключения космических лучей, мы их опишем во второй главе. Вы, разумеется, не видите их, но приблизительно два раза в секунду космические частицы проносятся сквозь ваше тело, пронзая макушку и исчезая в полу под вашими ногами. А если вы забираетесь на гору или летите в самолете, то подвергаетесь их нападениям даже чаще.

Впервые космические лучи обнаружил один австрийский ученый [3] около века назад, и с тех пор они были чем-то вроде не обязательной приправы к космическим блюдам. Конечно, космические лучи возбуждали любопытство ученых, но не считались необходимостью в домашнем хозяйстве Вселенной или Земли. Лишь недавно астрономы осознали, что космические лучи — это обязательный ингредиент в том колдовском зелье, из которого произошли звезды, планеты и химические вещества, нужные для жизни. И хотя специалисты не торопятся оценить их по достоинству, космические лучи, прибывающие сюда от далекого хора взорвавшихся звезд, продолжают каким-то образом воздействовать на нашу жизнь.

Прежде чем космические лучи смогут достичь нас, им приходится пробиваться через три линии обороны: солнечное магнитное поле, магнитное поле Земли и земную атмосферу. Щедрый воздух нашей планеты — это одна из причин, почему Земля более пригодна для жизни, чем поверхность Марса, где космические лучи в сотни раз интенсивнее. На Земле только самые энергичные заряженные частицы могут добраться до дна моря. Они носят название мюонов, или тяжелых электронов, и появляются на свет, когда входящие космические лучи бомбардируют атмосферу.

Согласно предположениям Свенсмарка, мюоны помогают формировать низкие облака, охлаждающие мир. Чтобы решить головоломку, которую подкинул ему эпизод Лашамп, Свенсмарк проследил происхождение мюонов, используя одну немецкую компьютерную программу. Она позволяет просчитывать все атомные и субатомные события, которые происходят после соударений частиц космических лучей с молекулами газов, составляющих воздух. Свенсмарк обнаружил, что почти все мюоны, достигающие отметки в 2000 метров над уровнем моря, порождаются космическими лучами, которые обладают слишком высокой энергией, чтобы на них оказывали влияние изменения в магнитном поле Земли. Таким образом, получается, что нет причин ожидать ни большего количества мюонов во время эпизода Лашамп, ни сколько-нибудь заметного охлаждающего эффекта.

Основное направление климатологии начала двадцать первого века полагает, что облака покорно повинуются изменениям климата, вызванным какими-то другими причинами. Так ли это на самом деле? Или облака сами приказывают? Это тема третьей главы. Исследования, проведенные в Копенгагене, продемонстрировали, какие именно облака наиболее поддаются воздействию космических лучей и, таким образом, сильнее влияют на климат. Это низкие облака, покрывающие огромные территории Земли, — именно их мы видим во время полетов над океаном, где они создают блестящий, но монотонный пейзаж на тысячи километров.