De kosmische gebeurtenis die de klimaatgeschiedenis van de aarde heeft herschreven

Nieuw astrofysisch onderzoek werpt licht op een belangrijke kosmische gebeurtenis die twee miljoen jaar geleden plaatsvond toen het zonnestelsel door een dichte interstellaire wolk trok. Dit kan het klimaat op aarde hebben veranderd door het bloot te stellen aan verhoogde kosmische straling, ondersteund door een toename van het aantal isotopen in het geologische archief.

Ongeveer twee miljoen jaar geleden zag de aarde er heel anders uit, waar onze vroege menselijke voorouders naast sabeltandtijgers, mastodons en enorme knaagdieren leefden. Afhankelijk van waar ze waren, hadden ze het misschien koud gehad: de grond was gevallen In diepvries, met meerdere ijstijden die kwamen en gingen tot ongeveer 12.000 jaar geleden. Wetenschappers theoretiseren dat ijstijden om een ​​aantal redenen plaatsvinden, waaronder de kanteling en rotatie van de planeet, verschuivende tektonische platen, vulkaanuitbarstingen en het kooldioxidegehalte in de atmosfeer.

Maar wat als dergelijke drastische veranderingen niet alleen het gevolg zijn van de omgeving van de aarde, maar ook van de positie van de zon in de Melkweg?

Het effect van de reis van de zon door de Melkweg

In een nieuw artikel dat vandaag (10 juni) is gepubliceerd in natuurlijke astronomie, Hoofdauteur en astrofysicus Merav Ofer – hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Boston en fellow aan het Harvard Radcliffe Institute – heeft bewijs gevonden dat het zonnestelsel ongeveer twee miljoen jaar geleden een interstellaire wolk tegenkwam die zo dicht was dat deze de zonnestraling van de zon had kunnen verstoren. wind. Over en haar collega’s geloven dat dit erop wijst dat de positie van de zon in de ruimte de geschiedenis van de aarde meer kan bepalen dan eerder werd gedacht.

De rol van de heliosfeer bij het beschermen van de aarde

Ons gehele zonnestelsel is voorzien van een beschermlaag plasma Het schild dat uitgaat van de zon, bekend als de heliosfeer. Ze zijn gemaakt van een continue stroom geladen deeltjes, de zonnewind genoemd, die zich tot ver daarbuiten uitstrekt PlutoWat bedekken planeten? NASA belt “Gigantische zeepbel.” Het beschermt ons tegen straling en galactische stralen die kunnen veranderen DNAWetenschappers geloven dat dit een deel van de reden is waarom het leven op aarde zich zo heeft ontwikkeld.

Volgens het laatste onderzoek comprimeerde de koude wolk de heliosfeer op een manier die de aarde en andere planeten in het zonnestelsel kortstondig buiten de invloed van de heliosfeer plaatste.

Effecten van galactische ontmoetingen op aarde

“Dit artikel is het eerste dat kwantitatief aantoont dat er een botsing heeft plaatsgevonden tussen de zon en iets buiten het zonnestelsel dat het klimaat op aarde zou beïnvloeden”, zegt Over, een expert op het gebied van de heliosfeer.

Haar modellen hebben ons wetenschappelijk begrip van de heliosfeer gevormd, en hoe de bel wordt gevormd door de zonnewind die drukt op het interstellaire medium, de ruimte tussen sterren en buiten de heliosfeer in onze Melkweg. Haar theorie is dat de heliosfeer lijkt op een gezwollen croissant, een idee dat de ruimtefysica-gemeenschap heeft geschokt. Het werpt nu nieuw licht op hoe de heliosfeer, waar de zon door de ruimte beweegt, de chemie van de atmosfeer van de aarde beïnvloedt.

‘Sterren bewegen, en dit artikel laat nu zien dat ze niet alleen bewegen, maar ook dramatische veranderingen ondergaan’, zegt Over. Ik ontdekte deze studie voor het eerst en begon eraan te werken tijdens een jaar durende fellowship aan het Harvard Radcliffe Institute.

Simulatie-inzichten in kosmische interacties

Om dit fenomeen te bestuderen, keken Ofer en haar medewerkers terug in de tijd, met behulp van geavanceerde computermodellen om te visualiseren waar de zon zich bevond, samen met de heliosfeer en de rest van het zonnestelsel twee miljoen jaar geleden.

Ze brachten ook het pad in kaart van het lokale bandensysteem van koude wolken, een reeks grote, dichte, zeer koude wolken die voornamelijk uit waterstofatomen bestaan. Uit hun simulaties bleek dat een van de wolken aan het einde van deze band, de Local Lynx of Cold Cloud genaamd, in botsing zou kunnen komen met de heliosfeer.

Geologisch en kosmologisch bewijs

Als dat was gebeurd, zegt Over, zou de aarde volledig zijn blootgesteld aan het interstellaire medium, waar gas en stof zich vermengen met atomaire elementen die zijn overgebleven van exploderende sterren, waaronder ijzer en plutonium. Normaal gesproken filtert de heliosfeer de meeste van deze radioactieve deeltjes eruit. Maar zonder bescherming kunnen ze gemakkelijk de grond bereiken.

Volgens het artikel komt dit overeen met geologisch bewijsmateriaal dat een toename aantoont van isotopen van 60Fe (ijzer 60) en 244Pu (plutonium 244) in de oceaan, op de maan, Antarctische sneeuw en ijskernen uit dezelfde periode. De timing komt ook overeen met temperatuurgegevens die een periode van afkoeling aangeven.

Galactische invloeden op lange termijn

“Onze kosmische omgeving buiten het zonnestelsel heeft zelden invloed op het leven op aarde”, zegt Avi Loeb, directeur van het Institute for Theory and Computation aan de Harvard University en co-auteur van het artikel. “Het is opwindend om te ontdekken dat onze passage door dichte wolken een paar miljoen jaar geleden de aarde had kunnen blootstellen aan een veel grotere stroom kosmische straling en waterstofatomen. Onze resultaten openen een nieuw venster op de relatie tussen de evolutie van het leven op aarde onze kosmische buurt.

De uitwaartse druk van de plaatselijke lynx in de koude wolk had de heliosfeer gedurende een paar honderd tot een miljoen jaar voortdurend kunnen blokkeren, afhankelijk van de grootte van de wolk, zegt Over. ‘Maar zodra de aarde zich van de koude wolk verwijderde, overspoelde de heliosfeer alle planeten, inclusief de aarde’, zegt ze. Dit is vandaag het geval.

Toekomstig onderzoek en de implicaties ervan

Het is onmogelijk om het exacte effect van koude wolken op aarde te kennen, omdat ze een ijstijd kunnen veroorzaken. Maar er zijn nog een paar andere koude wolken in het interstellaire medium, die de zon waarschijnlijk in de miljarden jaren sinds zijn geboorte heeft tegengekomen, zegt Over. Het zal waarschijnlijk over nog eens een miljoen jaar nog verder wankelen.

Ofer en haar medewerkers proberen nu te achterhalen waar de zon zeven miljoen jaar geleden stond, en zelfs nog verder terug. De positie van de zon miljoenen jaren geleden, evenals het koude wolkensysteem, zijn mogelijk gemaakt door gegevens verzameld door de Gaia-missie van het European Space Agency, die de grootste 3D-kaart van de Melkweg bouwt en een ongekende kijk geeft op de heelal. De bewegingssnelheid van sterren.

Verken het verleden van de zon

‘Deze wolk bestond al in ons verleden, en als we zoiets groots zouden oversteken, zouden we worden blootgesteld aan het interstellaire medium’, zegt Over. Het effect van het kruisen van paden die veel waterstof en radioactief materiaal bevatten, is onduidelijk, aldus Ofer en haar team van Boston University NASA-Gefinancierd SHIELD (Zonnewind met waterstofionenuitwisseling en grootschalige dynamiek) DRIVE Science Center Ze onderzoeken nu de impact die dit zou kunnen hebben op de straling van de aarde, maar ook op de atmosfeer en het klimaat.

“Dit is nog maar het begin”, zegt Ofer. Ze hoopt dat dit artikel de deur zal openen voor verder onderzoek naar de manier waarop het zonnestelsel in het diepe verleden werd beïnvloed door externe krachten en hoe deze krachten op hun beurt het leven op onze planeet vormden.

Referentie: “Mogelijkheid van directe blootstelling van de aarde aan het koude, dichte interstellaire medium 2-3 miljoen jaar geleden” 10 juni 2024, Natuur astronomie.
doi: 10.1038/s41550-024-02279-8

Dit onderzoek werd ondersteund door NASA.