Загадочные космические лучи бомбардируют Землю из космоса. Ученые предположили, что эти энергетические частицы могут ограничивать шансы других планет на существование жизни на них. С момента открытия существования космических лучей они озадачивают ученых.
Эти заряженные субатомные частицы движутся в космосе со скоростью, близкой к скорости света, некоторые космические лучи с энергиями ниже 100 ТэВ могут быть зарегистрированы непосредственно в экспериментах на спутниках и воздушных шарах.. В основном они представлены протонами, электронами, ядрами химических элементов, а также фотонами и нейтрино. Кроме того, сегодня нельзя исключать возможности существования частиц тяжелой или сверхтяжелой темной материи. Такие частицы разрешили бы ряд противоречий в астрономических и космологических наблюдениях.
Когда космические лучи сталкиваются с атмосферой Земли, они генерируют поток других частиц, в том числе мюонов, которые являются намного более тяжелыми «родственниками» электронов. Некоторые из этих частиц достигают земной поверхности, неся с собой потенциальную опасность – мюоны могут проникать на десятки метров вглубь поверхности Земли.
Ученые исследовали, каким образом космические лучи могут влиять на пригодность для жизни инопланетных миров. Эта возможность была им предоставлена благодаря тому, что за два последних десятилетия при помощи наземных и космических телескопов удалось обнаружить сотни экзопланет. Особый интерес для ученых представляют планеты, которые находятся в так называемой зоне Златовласки, и получают достаточно тепла, чтобы вода на их поверхности могла быть в жидком, а не замороженном состоянии.
Ученые пришли к выводу, что уровень радиации, который получает планета, помогает контролировать ее пригодность для жизни. Хотя количество космических лучей, которые получает планета, намного меньше количества излучения, которое планета получает от своей звезды, средняя энергия космических лучей намного выше, чем энергия фотонов и протонов звезды.
“Если доза облучения слишком высока, тогда жизнь в той форме, как она известна нам, не может существовать”, – говорит автор исследования Димитра Атри (Dimitra Atri), ученый-физик в Институте Науки Blue Marble Space.
Ученые решили сконцентрироваться на двух факторах, которые могут влиять на дозу космического облучения, которое получает планета – сила ее магнитного поля и толщина атмосферы.
“Я начал обдумывать эту проблему, когда сравнивал Землю и Марс, которые являются соседями в космосе; при этом мы имеем процветающую биосферу здесь, на Земле, а на Марсе, можно с уверенностью сказать, процветающей биосферы точно нет. Почему так? Главный фактор: на Марсе высокий уровень радиации – его атмосфера ничтожна, очень, очень мала в сравнении с земной, и планета не имеет собственного магнитного поля. Следовательно, у нее нет никакой защиты от космических лучей, которые есть во всей галактике. Мне стало интересно, каков же может быть промежуточный сценарий – если взять эти два примера как противоположности”, – сказал Атри.
Исследователи создали модели планет, начиная с тех, которые не имеют магнитного поля, и заканчивая планеты с магнитным полем, таким же сильным, как у Земли, и атмосферой, с максимальной толщиной такой же, как толщина нашей атмосферы, и минимальной – равной одной десятой атмосферы нашей планеты.
“Мы знаем, что магнитное поле вокруг Земли защищает нас от этих космических лучей, и думали, что магнитные поля – главный фактор, который контролирует уровень радиации, которую получает поверхность”, – продолжает Атри.
Неожиданно, “обнаружилось, что гораздо более важным фактором, определяющим уровень облучения планеты, является толщина атмосферного слоя. Если взять Землю и полностью убрать ее магнитное поле, доза облучения возрастет в два раза – довольно сильно, однако на нас это отразится очень мало или не отразится вообще. Однако, если оставить магнитное поле и уменьшить толщину атмосферы до одной десятой, – доза радиации возрастет на два порядка величин”.
Планеты, которые вращаются по орбите вокруг красных карликовых звезд, считаются главными претендентами на «обитаемость», так как эти относительно тусклые звезды составляют 80% от общего числа звезд во Вселенной. Теоретические подсчеты указывают на то, что планеты «красных карликов», находящиеся в зоне, пригодной для жизни, скорее всего, имеют более слабое магнитное поле, особенно в случаях так-называемых супер-Земель, – больших скалистых планет, масса которых до 10 раз больше земной. Астробиологи считали, что эти слабые магнитные поля снижают шансы на то, что планета может быть пригодна для жизни, однако эти новые открытия позволяют предположить, что слабое магнитное поле – проблема вовсе не такого масштаба, как привыкли считать.
Будущие исследования помогут определить, влияние возрастающего излучения на эволюцию жизни. Большая часть исследований, связанных с радиацией, состоит в том, что живые организмы подвергаются очень высоким дозам облучения, чтобы определить, выживут они или нет. Но я думаю, что систематическое изучение влияния на микроорганизмы постепенно возрастающей радиации, возможно, покажет нам их эволюцию в окружении, подверженном сильному влиянию космических лучей”, – сказал он.
