شفق های قطبی قابل توجه در اوایل ماه مه امسال قدرتی را که طوفان های خورشیدی می توانند به عنوان تشعشع از خود ساطع کنند را نشان داد، اما گاهی اوقات خورشید کاری بسیار مخرب تر انجام می دهد. این انفجارهای پروتونی که به عنوان ‘رویدادهای ذرات خورشیدی’ شناخته می شوند، می توانند مانند نورافکن به فضا پرتاب شوند.
سوابق نشان می دهد که تقریباً هر هزار سال یک بار زمین با یک رویداد شدید ذرات خورشیدی برخورد می کند که می تواند آسیب شدیدی به لایه اوزون وارد کند و سطح تابش فرابنفش (UV) را در سطح افزایش دهد.
ما در مقاله ای که امروز منتشر شد، آنچه را که در چنین رویداد شدیدی اتفاق می افتد، تجزیه و تحلیل کردیم. ما همچنین نشان می‌دهیم که در مواقعی که میدان مغناطیسی زمین ضعیف است، این رویدادها می‌توانند تأثیر چشمگیری بر زندگی در سراسر سیاره داشته باشند.
سپر مغناطیسی حیاتی زمین
میدان مغناطیسی زمین یک پیله محافظ حیاتی برای زندگی فراهم می کند و تابش بار الکتریکی خورشید را منحرف می کند. در حالت عادی، مانند یک آهن‌ربای میله‌ای غول‌پیکر با خطوط میدانی که از یک قطب بالا می‌آیند، به اطراف حلقه می‌زنند و در قطب دیگر به پایین فرو می‌روند، در الگویی که گاهی اوقات به عنوان ‘گریپ فروت وارونه’ توصیف می‌شود، عمل می‌کند. جهت گیری عمودی در قطب ها به برخی از تشعشعات کیهانی یونیزه اجازه می دهد تا اتمسفر فوقانی نفوذ کنند، جایی که با مولکول های گاز تعامل می کنند تا درخششی را ایجاد کنند که ما به عنوان شفق قطبی می شناسیم.
با این حال، این زمینه در طول زمان بسیار تغییر می کند. در قرن گذشته، قطب مغناطیسی شمال با سرعتی در حدود ۴۰ کیلومتر در سال در سراسر شمال کانادا سرگردان بوده و میدان بیش از ۶ درصد ضعیف شده است. سوابق زمین شناسی نشان می دهد که دوره هایی از قرن ها یا هزاره ها وجود داشته است که میدان ژئومغناطیسی بسیار ضعیف یا حتی به طور کامل وجود نداشته است.
با نگاه کردن به مریخ که میدان مغناطیسی جهانی خود را در گذشته باستان و در نتیجه بیشتر اتمسفر خود را از دست داد، می‌توانیم بدون میدان مغناطیسی زمین ببینیم چه اتفاقی می‌افتد. در ماه مه، اندکی پس از شفق، یک رویداد قوی ذرات خورشیدی به مریخ برخورد کرد. این کار فضاپیمای مریخ اودیسه را مختل کرد و باعث شد سطح تشعشعات در سطح مریخ حدود ۳۰ برابر بیشتر از آن چیزی باشد که شما در طی عکسبرداری از قفسه سینه دریافت می کنید.
قدرت پروتون ها
اتمسفر بیرونی خورشید جریان نوسانی ثابتی از الکترون‌ها و پروتون‌ها به نام «باد خورشیدی» منتشر می‌کند. با این حال، سطح خورشید نیز به طور پراکنده انفجارهایی از انرژی، عمدتاً پروتون، در رویدادهای ذرات خورشیدی منتشر می کند – که اغلب با شراره های خورشیدی مرتبط است.
پروتون‌ها بسیار سنگین‌تر از الکترون‌ها هستند و انرژی بیشتری حمل می‌کنند، بنابراین به ارتفاعات پایین‌تری در جو زمین می‌رسند و مولکول‌های گاز هیجان‌انگیز در هوا هستند. با این حال، این مولکول های برانگیخته تنها اشعه ایکس از خود ساطع می کنند که با چشم غیرمسلح نامرئی است.
صدها رویداد ذرات ضعیف خورشیدی در هر چرخه خورشیدی (تقریباً ۱۱ سال) رخ می دهد، اما دانشمندان آثاری از رویدادهای بسیار قوی تر در طول تاریخ زمین پیدا کرده اند. برخی از افراطی ترین آنها هزاران بار قوی تر از هر چیزی بودند که با سازهای مدرن ضبط شده بود.
رویدادهای شدید ذرات خورشیدی
این رویدادهای شدید ذرات خورشیدی تقریباً هر چند هزار سال یکبار اتفاق می‌افتند. آخرین مورد در حدود سال ۹۹۳ بعد از میلاد اتفاق افتاد و برای نشان دادن اینکه ساختمان های وایکینگ ها در کانادا از چوب بریده شده در سال ۱۰۲۱ پس از میلاد استفاده می کردند.
ازن کمتر، تشعشع بیشتر
فراتر از اثر فوری خود، رویدادهای ذرات خورشیدی همچنین می توانند زنجیره ای از واکنش های شیمیایی را در اتمسفر فوقانی آغاز کنند که می تواند ازن را تخریب کند. ازن اشعه مضر UV خورشیدی را جذب می کند که می تواند به بینایی و همچنین DNA آسیب برساند (خطر ابتلا به سرطان پوست را افزایش می دهد) و همچنین بر آب و هوا تأثیر می گذارد.
در مطالعه جدیدمان، ما از مدل‌های کامپیوتری بزرگ شیمی اتمسفر جهانی برای بررسی تأثیرات یک رویداد شدید ذرات خورشیدی استفاده کردیم.
ما دریافتیم که چنین رویدادی می‌تواند سطح ازن را برای یک سال یا بیشتر کاهش دهد و سطح UV را در سطح افزایش دهد و آسیب DNA را افزایش دهد. اما اگر یک رویداد پروتون خورشیدی در دوره‌ای رخ دهد که میدان مغناطیسی زمین بسیار ضعیف است، آسیب ازن شش سال طول می‌کشد و سطح UV را تا ۲۵ درصد افزایش می‌دهد و میزان آسیب DNA ناشی از خورشید را تا ۵۰ درصد افزایش می‌دهد.
انفجار ذرات از گذشته
این ترکیب کشنده از میدان مغناطیسی ضعیف و حوادث شدید پروتون خورشیدی چقدر است؟ با توجه به اینکه چند بار هر یک از آنها رخ می دهد ، به نظر می رسد که آنها نسبتاً اغلب با هم اتفاق می افتند.
در حقیقت ، این ترکیب از وقایع ممکن است چندین مورد مرموز در گذشته زمین را توضیح دهد.
جدیدترین دوره میدان مغناطیسی ضعیف – از جمله سوئیچ موقت در قطب های شمالی و جنوبی – ۴۲۰۰۰ سال پیش آغاز شد و حدود ۱۰۰۰ سال به طول انجامید. چندین واقعه مهم تکاملی در این زمان رخ داده است ، مانند ناپدید شدن آخرین نئاندرتال ها در اروپا و انقراض مگافونا مارپال از جمله جانور کیسه داری مانند خرس غول پیکر و کانگوروها در استرالیا.
یک رویداد تکاملی حتی بزرگتر نیز با میدان ژئومغناطیسی زمین مرتبط است. منشأ حیوانات چند سلولی در پایان دوره ادیاکران (از ۵۶۵ میلیون سال پیش)، که در فسیل‌های رشته‌های فلیندرز استرالیای جنوبی ثبت شده بود، پس از یک دوره ۲۶ میلیون ساله میدان مغناطیسی ضعیف یا غایب رخ داد.
به طور مشابه، تکامل سریع گروه‌های متنوعی از حیوانات در انفجار کامبرین (حدود ۵۳۹ میلیون سال پیش) نیز با ژئومغناطیس و سطوح بالای UV مرتبط بوده است. تکامل همزمان چشم‌ها و پوسته‌های سخت بدن در چندین گروه غیرمرتبط به عنوان بهترین وسیله برای شناسایی و جلوگیری از اشعه‌های مضر فرابنفش ورودی، در ‘فرار از نور’ توصیف شده است.
ما هنوز در حال بررسی نقش فعالیت خورشیدی و میدان مغناطیسی زمین در تاریخ حیات هستیم.
