Zapanjujući broj faktora i varijabli doveo je do planete koju danas zauzimamo, gde život pronalazi način da preživi, pa čak i napreduje u najskrajnijim uslovima. Sunce je katalizator svega, pokrećući život na svom putu ka većoj složenosti svojom stalnom fuzijom.
Ali sunce je benigno samo zbog Zemljine ugrađene zaštite, magnetosfere. I Sunce i magnetosfera su se menjali tokom vremena, pri čemu je snaga svakog od njih opadala i tekla. Sunce pokreće moćno svemirsko vreme na naš način, a magnetosfera štiti Zemlju.
Kako su ove dve pojave oblikovale nastanjivost Zemlje?
Nova studija razmatra kako su se Sunce i Zemljin magnetni štit promenili tokom vremena i kako su promene uticale na nastanjivost naše planete. Njegov naslov je „O nastanjivosti Zemlje tokom istorije glavne sekvence Sunca: zajednički uticaj svemirskog vremena i evolucije Zemljinog magnetnog polja“. Glavni autor je Jacobo Varela, istraživač na Univerzitetu Karlos III u Madridu. Rad će biti objavljen u Monthli Notices of the Roial Astronomical Societi i trenutno je dostupan na arKsiv serveru za preprint.
O suncu znamo mnogo više nego pre nekoliko decenija. Solarna sonda Parker, solarna i heliosferska opservatorija (SOHO), opservatorija solarne dinamike (SDO) i druge svemirske letelice trenutno je intenzivno proučavaju. Znamo da Sunce ima ciklus od 11 godina i da ponekad emituje snažne solarne oluje koje mogu da pokvare električnu opremu na Zemlji.
Takođe znamo mnogo o Zemljinoj magnetosferi. Znamo da rotirajuće gvozdeno jezgro planete i njegove konvekcijske struje stvaraju zaštitni magnetni štit koji blokira većinu opasnog sunčevog zračenja, istovremeno dozvoljavajući toplotu. Znamo da Zemljini polovi mogu da menjaju pozicije i da se jačina magnetosfere vremenom menjala.
Sunčev solarni vetar (SV) i međuplanetarno magnetno polje (IMF) se kombinuju da bi stvorili svemirsko vreme, a nastanjivost zavisi od toga kako svemirsko vreme interaguje sa našom magnetosferom. Bez jake magnetosfere, Zemlja je nezaštićena.
„To znači da svemirski vremenski uslovi mogu da uvedu ograničenja na nastanjivost Zemlje i egzoplaneta u odnosu na zaštitu koju obezbeđuju planetarne magnetosfere, izbegavajući sterilizujući efekat zvezdanog vetra na površini“, objašnjavaju autori.
Izbacivanja koronalne mase (CME) imaju najrazorniji efekat na Zemljinu magnetosferu. Kada Sunce emituje moćni CME koji udari u Zemlju, ono privremeno deformiše Zemljinu magnetosferu. Dnevna strana je komprimovana, a noćna produžena. Većinu vremena to rezultira samo snažnijim aurorama, prirodnom svetlošću koja doseže niže geografske širine nego inače.
Ali ovo je balansiranje koje nije uvek uravnoteženo. Ranije u istoriji Sunca, ono se brže rotiralo i imalo snažniju magnetnu aktivnost. Pošto su CME vođeni ponašanjem sunca, uključujući rotaciju i magnetizam, sunce je u prošlosti emitovalo snažnije CME. „Dinamički pritisak SV i intenzitet MMF-a bili su mnogo veći u ranijim fazama glavne sekvence Sunca u poređenju sa današnjim danima“, pišu autori, „dakle, perturbacije koje je izazvalo mlado sunce na Zemljinoj magnetosferi bile su jače“.
Postavlja se pitanje kako se tačno sve ovo promenilo tokom vremena i kako je uticalo na nastanjivost? Kako će to uticati na to u budućnosti?
„Cilj ove studije je da analizira nastanjivost Zemlje duž evolucije sunca na glavnom nizu“, objašnjavaju autori. Tim je izveo seriju detaljnih simulacija kako bi ispitao interakciju između Sunca i Zemlje tokom milijardi godina istorije. Simulacije su zasnovane na utvrđenim naučnim modelima faktora kao što je snaga SV tokom vremena.
Jedna od stvari koja se menja tokom vremena je jačina Zemljinog magnetnog polja, merena u mikrotelasima. Nedavni dokazi pokazuju da se menja u skladu sa ciklusom od 200 miliona godina. Promene su vođene promenama unutar Zemlje, gde se generiše polje.
Autori su ispitali kako se životnost Zemlje menjala tokom perioda slabog, normalnog i visokog dipolarnog intenziteta magnetnog polja.
Zemlja je takođe imala periode u kojima se menjala priroda njenog magnetnog polja, a ne samo njegov intenzitet. Povremeno, Zemlja doživljava periode vremena kada je njeno magnetno polje multipolarno, a ne dipolarno. Jačina polja takođe varira u ovim vremenima, a kada je slabo, polje se može preokrenuti.
Slika ispod prikazuje neke od podataka korišćenih u simulacijama. Tim je koristio modele za četiri različita opsega intenziteta u Zemljinom magnetnom polju. Oni su prikazani u dve kolone sa oznakom Dipol ispod kolone paleomagnetnih podataka i kolone modela polja Zemlje B.
Zemlja je imala nizak intenzitet polja tokom proterozojskog eona i tokom perioda kambrija, denovija i karbona u paleozojskoj eri. Takođe je bio nizak intenzitet polja u trijaskom periodu tokom mezozoika. Ta vremena odgovaraju modelima sa samo 5 mikrotela, prikazanim crvenom bojom.
Nešto jači periodi od 15 mikrotesla nastali su tokom paleoarhejske i mezoarhejske ere, proterozojskog eona, jurskog perioda u mezozojskoj eri i paleogenskog perioda u kenozojskoj eri. Oni su prikazani narandžastom bojom ispod kolona Dipola.
„Model dipola sa 30 µT ilustruje mezo-proterozojsku i neoarhejsku eru, kao i neogen i kvartarni period u eri krede“, objašnjavaju autori. Ta vremena su prikazana ružičastom bojom.
Snaga Zemljinog magnetnog polja bila je najjača tokom prvih dana. „Model dipola sa 45 µT predstavlja periode visokog polja tokom Hadeanskog eona i Eo-arhejske ere“, pišu autori. Oni su prikazani ljubičastom bojom.
Pa šta sve ovo dovodi?
Kritičan deo ovog rada je rastojanje između magnetopauze. To rastojanje je komprimovano energičnijim solarnim vetrovima i prošireno kada je magnetna snaga Zemlje veća. Na gornjoj slici, (a) ima znatno smanjeno rastojanje magnetopauze nego (d) kada je jačina magnetnog polja veća.
Tokom vremena snažnih solarnih vetrova i slabijeg magnetizma, rastojanje magnetopauze je bliže površini Zemlje, što znači da sunce predstavlja pretnju po život. Ako se to rastojanje smanji na nulu, što znači da sunčevo zračenje može direktno da dopre do površine, tada je životna sposobnost Zemlje ozbiljno smanjena.
„Zaključujemo da se prepreka svemirskom vremenu na nastanjivost Zemlje mora smatrati važnim pokretačem atmosfere i evolucije života“, pišu autori. (Imajte na umu da engleski nije prvi jezik autora i da njihova sintaksa to odražava. Ipak, značenje je jasno.)
Istraživanje pokazuje kako su se svemirsko vreme i jačina Zemljinog magnetnog polja menjali tokom vremena i doprineli nastanjivanju ili otežali nastanjivost. To posebno pokazuje da kada je Zemlja u višepolnoj konfiguraciji, pre obrtanja polova, mi smo podložniji svemirskom vremenu. Poslednji preokret polova dogodio se pre oko 780.000 godina, a magnetni štit je oslabljen. Preokreti mogu potrajati stotine ili čak hiljade godina. Još uvek smo zaštićeni tokom preokreta, ali ne tako dobro. Ako bi snažan CME udario tokom ovog vremena, mogao bi da izazove ogromnu geomagnetnu oluju.
U dalekoj budućnosti, Zemljin dipol će oslabiti. Njegov geodinamo će izbledeti, slično kao i Marsov. Planeta će biti manje sposobna da se odupre sunčevim zracima, a nastanjivost će prestati da bude. Na kraju, uzastopni ICME će udariti na površinu, izazivajući pustoš u Zemljinoj biosferi. Vremenom će čak i relativno slab solarni vetar doći do površine, a Zemlja će se neprestano kupati u radijaciji.
Ali za sada smo dobro. Možemo da se bavimo svojim poslom polako degradirajući Zemljinu nastanjivost bez ikakve pomoći.
