الحدث الكوني الذي أعاد كتابة تاريخ مناخ الأرض

يسلط بحث فيزيائي فلكي جديد الضوء على حدث كوني مهم وقع قبل مليوني سنة عندما مر النظام الشمسي عبر سحابة كثيفة بين النجوم. ربما أدى هذا إلى تغيير مناخ الأرض من خلال تعريضها للإشعاع الكوني المعزز، المدعوم بالنظائر المتزايدة الموجودة في السجلات الجيولوجية.

كانت الأرض مكانًا مختلفًا تمامًا منذ حوالي مليوني عام، حيث كان أسلافنا من البشر الأوائل يعيشون جنبًا إلى جنب مع النمور ذات الأسنان السيفية، والمستودون، والقوارض الضخمة. واعتمادًا على المكان الذي كانوا فيه، ربما كانوا يشعرون بالبرد: فقد سقطت الأرض في حالة تجميد عميق، مع وجود عصور جليدية متعددة تأتي وتذهب حتى حوالي 12000 سنة مضت. وينظر العلماء إلى أن العصور الجليدية تحدث لعدد من الأسباب، بما في ذلك ميل الكوكب ودورانه، وتغير الصفائح التكتونية، والانفجارات البركانية، ومستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

ولكن ماذا لو كانت مثل هذه التغييرات الجذرية ليست فقط نتيجة لبيئة الأرض، ولكن أيضًا لموقع الشمس في المجرة؟

تأثير رحلة الشمس إلى المجرة

في ورقة جديدة نشرت اليوم (10 يونيو) في علم الفلك الطبيعي, وجدت المؤلفة الرئيسية وعالمة الفيزياء الفلكية ميراف أوفر – أستاذة علم الفلك في جامعة بوسطن وزميلة في معهد هارفارد رادكليف – دليلاً على أنه منذ حوالي مليوني سنة، واجه النظام الشمسي سحابة بين النجوم كثيفة جدًا لدرجة أنه من الممكن أن تتداخل مع الرياح الشمسية للشمس. تعتقد أوفر وزملاؤها أن هذا يدل على أن موقع الشمس في الفضاء قد يشكل تاريخ الأرض أكثر مما كان يُعتقد سابقًا.

دور الغلاف الشمسي في حماية الأرض

نظامنا الشمسي بأكمله مغلف بطبقة حماية بلازما الدرع الذي ينبعث من الشمس، والمعروف باسم الغلاف الشمسي. إنها مصنوعة من تدفق مستمر من الجسيمات المشحونة، تسمى الرياح الشمسية، والتي تمتد إلى ما هو أبعد من ذلك بلوتو، تغليف الكواكب بماذا ناسا تدعو “فقاعة عملاقة”. إنه يحمينا من الإشعاع والأشعة المجرية التي يمكن أن تتغير الحمض النوويويعتقد العلماء أن هذا جزء من سبب تطور الحياة على الأرض كما حدث.

وفقًا لأحدث الأبحاث، قامت السحابة الباردة بضغط الغلاف الشمسي بطريقة وضعت الأرض والكواكب الأخرى في النظام الشمسي لفترة وجيزة خارج تأثير الغلاف الشمسي.

تأثيرات لقاء المجرة على الأرض

يقول أوفر، وهو خبير في الغلاف الشمسي: “هذه الورقة هي الأولى التي تظهر كميًا أن هناك تصادمًا بين الشمس وشيء خارج النظام الشمسي من شأنه أن يؤثر على مناخ الأرض”.

لقد ساهمت نماذجها في تشكيل فهمنا العلمي للغلاف الشمسي، وكيف يتم تشكيل الفقاعة بواسطة الرياح الشمسية التي تضغط على الوسط بين النجوم، وهو الفضاء بين النجوم وما وراء الغلاف الشمسي في مجرتنا. وتتلخص نظريتها في أن الغلاف الشمسي يشبه قطعة الكرواسون المنتفخة، وهي الفكرة التي هزت مجتمع فيزياء الفضاء. وهي الآن تلقي ضوءًا جديدًا على كيفية تأثير الغلاف الشمسي، ومكان تحرك الشمس عبر الفضاء، على كيمياء الغلاف الجوي للأرض.

يقول أوفر: “النجوم تتحرك، والآن لا تظهر هذه الورقة أنها تتحرك فحسب، بل إنها تواجه تغيرات جذرية”. اكتشفت هذه الدراسة لأول مرة وبدأت العمل عليها خلال زمالة لمدة عام في معهد هارفارد رادكليف.

رؤى المحاكاة في التفاعلات الكونية

لدراسة هذه الظاهرة، نظرت أوفر ومعاونوها إلى الوراء في الزمن، باستخدام نماذج حاسوبية متطورة لتصور مكان وجود الشمس قبل مليوني سنة، ومعها الغلاف الشمسي، وبقية النظام الشمسي.

كما قاموا أيضًا برسم خريطة لمسار نظام الشريط المحلي للسحب الباردة، وهو عبارة عن سلسلة من السحب الكبيرة والكثيفة والباردة جدًا تتكون في الغالب من ذرات الهيدروجين. وأظهرت عمليات المحاكاة التي أجروها أن إحدى السحب القريبة من نهاية هذا الشريط، والتي تسمى Local Lynx of Cold Cloud، من الممكن أن تصطدم بالغلاف الشمسي.

الأدلة الجيولوجية والكونية

يقول أوفر إنه لو حدث ذلك، لكانت الأرض قد تعرضت بالكامل للوسط البينجمي، حيث يختلط الغاز والغبار مع العناصر الذرية المتبقية من النجوم المنفجرة، بما في ذلك الحديد والبلوتونيوم. وفي العادة، يقوم الغلاف الشمسي بتصفية معظم هذه الجسيمات المشعة. لكن بدون حماية، يمكنهم الوصول بسهولة إلى الأرض.

وفقًا للورقة البحثية، يتماشى هذا مع الأدلة الجيولوجية التي تظهر زيادة نظائر 60Fe (الحديد 60) و244Pu (البلوتونيوم 244) في المحيط، وعلى القمر، وثلوج القطب الجنوبي، ونوى الجليد من نفس الفترة الزمنية. ويتطابق التوقيت أيضًا مع سجلات درجات الحرارة التي تشير إلى فترة التبريد.

التأثيرات المجرية طويلة المدى

يقول آفي لوب، مدير معهد النظرية والحساب بجامعة هارفارد والمؤلف المشارك في الورقة البحثية: “نادرًا ما يؤثر جوارنا الكوني خارج النظام الشمسي على الحياة على الأرض”. “من المثير اكتشاف أن مرورنا عبر السحب الكثيفة قبل بضعة ملايين من السنين كان من الممكن أن يعرض الأرض لتدفق أكبر بكثير من الأشعة الكونية وذرات الهيدروجين. تفتح نتائجنا نافذة جديدة على العلاقة بين تطور الحياة على الأرض وجوارنا الكوني.

يقول أوفر إن الضغط الخارجي الناتج عن الوشق المحلي في السحابة الباردة كان من الممكن أن يحجب الغلاف الشمسي بشكل مستمر لمدة تتراوح بين مائتي عام إلى مليون عام، اعتمادًا على حجم السحابة. وتقول: “ولكن بمجرد أن ابتعدت الأرض عن السحابة الباردة، اجتاح الغلاف الشمسي جميع الكواكب، بما في ذلك الأرض”. وهذا هو الحال اليوم.

البحوث المستقبلية والآثار المترتبة عليها

من المستحيل معرفة التأثير الدقيق للسحب الباردة على الأرض، كما لو كان من الممكن أن تؤدي إلى عصر جليدي. ولكن هناك بضع سحب باردة أخرى في الوسط البينجمي، والتي من المحتمل أن تكون الشمس قد واجهتها خلال مليارات السنين منذ ولادتها، كما يقول أوفر. ومن المرجح أن تتعثر أكثر خلال مليون سنة أخرى أو نحو ذلك.

تعمل أوفر ومعاونوها الآن على تتبع المكان الذي كانت فيه الشمس قبل سبعة ملايين سنة، وحتى أبعد من ذلك. أصبح من الممكن تحديد موقع الشمس منذ ملايين السنين، بالإضافة إلى نظام السحابة الباردة، من خلال البيانات التي جمعتها مهمة غايا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي تقوم ببناء أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للمجرة وتعطي نظرة غير مسبوقة على المجرة. سرعة تحرك النجوم.

استكشاف مسار الشمس في الماضي

يقول أوفر: “كانت هذه السحابة بالفعل في ماضينا، وإذا عبرنا شيئًا بهذه الضخامة، فإننا نتعرض للوسط النجمي”. إن تأثير عبور المسارات التي تحتوي على الكثير من الهيدروجين والمواد المشعة غير واضح، لذا فإن أوفر وفريقها في جامعة بوسطن ناسا– ممولة SHIELD (الرياح الشمسية مع تبادل أيون الهيدروجين وديناميكيات واسعة النطاق) مركز العلوم DRIVE ويستكشفون الآن التأثير الذي يمكن أن يحدثه ذلك على إشعاع الأرض، وكذلك الغلاف الجوي والمناخ.

يقول عوفر: “هذه هي البداية فقط”. وتأمل أن تفتح هذه الورقة الباب أمام المزيد من الاستكشاف لكيفية تأثر النظام الشمسي بالقوى الخارجية في الماضي العميق وكيف شكلت هذه القوى بدورها الحياة على كوكبنا.

المرجع: “احتمال التعرض المباشر للأرض للوسط النجمي الكثيف البارد منذ 2-3 ملايين” 10 يونيو 2024، علم الفلك الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41550-024-02279-8

وقد تم دعم هذا البحث من قبل وكالة ناسا.