Исследователи NASA предложили космическое объяснение двум ключевым загадкам климатической истории планеты: причинам ледниковых периодов и существованию жидкой воды на ранней Земле. Первая работа, выполненная в исследовательском центре NASA SHIELD и опубликованная в вестнике Annual Review of Astronomy and Astrophysics, связывает оледенения с прохождением Солнечной системы сквозь плотные межзвёздные облака. Вторая, подготовленная учёными NASA Goddard Space Flight Center, объясняет, как на Земле сохранялись океаны, когда молодое Солнце светило заметно слабее, чем сегодня. Оба исследования опираются на компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты, а не на прямые наблюдения.

Гелиосфера как живой щит

Вся Солнечная система заключена в гелиосферу — гигантскую защитную область, формируемую солнечным ветром из заряженных частиц. Она экранирует планеты от части значительной части космического излучения и межзвёздного вещества. Специалисты центра SHIELD воспроизвели траекторию движения Солнечной системы за последние несколько миллионов лет и показали, что за 4,6 миллиарда лет существования система неоднократно пересекала различные регионы Галактики, а значит, условия, в которых находилась Земля, были далеко не постоянными.

Три прохода сквозь холодные облака

По результатам компьютерного моделирования, за последние несколько миллионов лет Солнце, по крайней мере, трижды проходило сквозь холодные и плотные скопления межзвёздного газа и пыли. Давление этих облаков было настолько сильным, что защитный щит — гелиосферу — сжимало до размеров меньше орбиты Земли. В такие моменты, по оценкам учёных, примерно 2–3, 6–7 и 13–14 миллионов лет назад Земля оказывалась непосредственно открытой для космической среды, лишённая прежнего уровня защиты.

Геологические следы и механизм охлаждения

В пользу этой картины указывают геологические данные: в образцах донных отложений, антарктическом снегу и лунной почве учёные обнаружили элементы, характерные именно для межзвёздной пыли соответствующих периодов. Попадание водорода из холодных облаков в атмосферу, по модели исследователей, увеличивало количество водяного пара и меняло динамику верхних слоёв атмосферы. Это, в свою очередь, приводило к резкому охлаждению поверхности и могло запускать ледниковые периоды. Авторы подчёркивают, что речь идёт о вероятностной модели, а не о единственно возможном сценарии.

Тайна жидкой воды 3 миллиарда лет назад

Отдельная группа из NASA Goddard Space Flight Center разбирала другую загадку: как на Земле существовала жидкая вода около 3 миллиардов лет назад, если тогда Солнце светило примерно на 30 процентов слабее, чем сейчас. Подсказку дали наблюдения телескопа Kepler за молодыми звездами, схожими с ранним Солнцем. Выяснилось, что молодое Солнце ежедневно извергало мощные потоки высокоэнергетических частиц — супервспышки, которые бомбардировали древнюю атмосферу.

Закись азота как древний парниковый газ

При лабораторном моделировании древней атмосферы — смеси азота, аммиака, углекислого и угарного газов — и её облучении протонами образовалась закись азота. Это парниковый газ, в 300 раз мощнее углекислого газа. Учёные отмечают, что даже если ультрафиолет разрушал большую часть соединения, оставшихся 10 процентов закиси азота хватало, чтобы прогревать экваториальные регионы до плюс 5 градусов Цельсия. По их расчётам, этого было достаточно для существования жидкого океана и быстрого синтеза аминокислот, ставших основой для жизни.

Что это значит для понимания климата

Вместе оба исследования расширяют картину климатической истории Земли: внешние космические факторы — от сжатия гелиосферы до активности молодого Солнца — могли играть заметную роль наряду с внутренними геологическими и атмосферными процессами. При этом авторы обеих работ подчёркивают модельный характер выводов: механизмы реконструированы на основе моделирования и лабораторных экспериментов, а не прямых измерений, поэтому детали и временные рамки остаются предметом дальнейших проверок.