Читаем Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата онлайн бесплатно

Наша планета всю свою долгую жизнь раскачивается на головокружительных климатических качелях, и геологические и геофизические открытия последних пятидесяти лет лишь подтверждают это. То Землю бросает в холод, и она становится похожей на огромный снежный ком, оледеневая от полюсов до экватора, то вновь возвращается тепло, и оттаивают замерзшие полярные области. На чередования климата могут повлиять положение дрейфующих континентов и связанные с этим океанские течения, изменение состава атмосферы, постепенное нарастание яркости Солнца или смещение земных полюсов из-за колебаний эксцентрической орбиты. Также ученые установили, что современный климат четко реагирует на некоторые аспекты магнитной активности Солнца, даже если его яркость меняется на одну тысячную.

И тем не менее наше представление о климате все еще нельзя назвать ясным. Мы слишком мало знаем о древних условиях на Земле, не установили главную причину климатических перемен, и изменение яркости Солнца не всегда может объяснить те переключения между теплом и холодом, которые происходили в последние столетия.

По нашему мнению, открытие Свенсмарка — большая удача для науки. Несколько лет назад Хенрик Свенсмарк понял, что температура Земли зависит от облачного покрова. Ведь облака очень хорошо отражают поступающий к Земле солнечный свет. Свенсмарк также разобрался в том, как образуются облака, и выяснил, что облакообразование происходит главным образом в нижних слоях атмосферы, там, где пронизывающие воздух космические лучи создают ионы. Так, он связал формирование облаков с изменяющейся интенсивностью космических лучей. Иными словами, космические лучи управляют мощным «облачным клапаном», регулирующим нагревание Земли. Теперь у нас впереди грандиозная задача — подсчитать возможный эффект космических лучей, и задача довольно срочная в свете нынешнего глобального потепления.

Любопытно, что, несмотря на срочность, исследования не были немедленно поддержаны в научных кругах, чего можно было бы вполне закономерно ожидать. Глобальное потепление стало политической темой и для правительств, и для научного сообщества. Направления научной деятельности определяются «высокопоставленными» учеными, и любая важная новая мысль для них — незваный гость. Она опрокидывает устоявшуюся традицию.

Впрочем, это известный феномен. Помню, будучи молодым, я показал, что расширение солнечной короны — ее температура достигает миллиона градусов — приводит к формированию солнечного ветра, который распространяется со скоростью, превышающей скорость звука в воздухе. Это «корпускулярное солнечное излучение» выстраивает хвосты комет в противоположном от Солнца направлении, оно же отвечает и за колебания в интенсивности космических лучей. Однако в научных кругах идея гидродинамического солнечного ветра была принята довольно холодно, и мою статью опубликовали в известном журнале лишь потому, что редактор не прислушался к жарким возражениям двух «именитых» рецензентов.

Свенсмарку тоже досталось за его научное творчество, и, когда он стал искать источники финансирования своих исследований, этому ученому пришлось очень нелегко. Однако он попал в хорошую компанию, особенно если мы вспомним Джека Эдди. Эдди потерял работу, когда решил продолжить изыскания Уолтера Маундера, определившего, что в период с 1645 по 1715 год на Солнце было чрезвычайно мало солнечных пятен. Эдди отметил — и это было очень важно, — что минимум Маундера совпадает с сильным похолоданием на Земле, — таким образом, он впервые указал на прямую связь между климатом и магнитной активностью Солнца.

Несмотря на постоянные трудности с финансированием его исследований, имевших целью установить связь между космическими лучами и облаками, Свенсмарк тем не менее не сидел без дела. В копенгагенской лаборатории он трудился над относительно простым, но зато доступным экспериментом, ясно продемонстрировавшим важнейшую роль ионов в формировании облаков. В наши дни в ЦЕРНе [1]этот эксперимент готовятся провести в полном масштабе [2], начиная с запуска в ускорителе быстрых частиц, симулирующих космические лучи.

К счастью, как только копенгагенский опыт дал твердые результаты, к Свенсмарку присоединился популяризатор науки, писатель Найджел Колдер, чтобы доступным языком рассказать о предмете и ходе исследований. Так как гипотеза Свенсмарка о космических лучах, облаках и климате затрагивает широкий спектр научных представлений, я предполагаю, что специалисты из самых разных областей, равно как и читатели в целом, получат удовольствие от знакомства с этой книгой.

Юджин Паркер

Спустя полвека после того, как Юджин Паркер обнаружил солнечный ветер, он все еще трудится в Чикагском университете, где ему за выдающиеся достижения в науке присвоен титул почетного профессора физики, астрономии и астрофизики. Юджин Паркер награжден Национальной научной медалью США и Премией Киото, вручаемой за достижения в науке, технологии и культуре.

Хенрик Свенсмарк возглавляет Центр солнечно-климатических исследований в Датском национальном космическом центре. Ранее он занимал исследовательские должности в Калифорнийском университете в Беркли, в Северном институте теоретической физики, в Институте Нильса Бора и Датском метеорологическом институте. Он опубликовал более пятидесяти научных трудов по теоретической и экспериментальной физике, включая девять эпохальных работ по физике климата. В 1997 году Хенрик Свенсмарк был награжден ежегодной Премией Кнуда Хёйгора за исследовательскую работу, а в 2001 году — специальной Премией за исследование энергий «Энергия-Е2».

Найджел Колдер посвятил свою жизнь слежению за большими открытиями в различных областях науки. Он начал свою карьеру научно-популярного писателя с небольших статей в журнале «Нью сайентист», а в 1962–1966 годах стал его издателем. С тех пор Найджел Колдер работает как независимый автор и телевизионный сценарист. Его долгая и успешная работа научным консультантом на Би-би-си и выпущенные в этой связи книги принесли ему Премию ЮНЕСКО «Калинга» за популяризацию науки. Книга Колдера «Магическая Вселенная» (2003) попала в шорт-лист Премии «Авентис» 2004 года, которой удостаиваются лучшие научно-популярные книги.

Эта книга — результат беседы длиною в год. В 2005–2006 годах изучение некоторых важных вопросов, затрагиваемых в книге, было еще в самом разгаре, а текст уже вовсю зрел и развивался. И если Свенсмарк ставил эксперименты и добывал для книги научную суть, то Колдер сплетал воедино слова и добавлял различные связи. Незадолго до завершения этой рукописи мы почувствовали сильное волнение от того, что нам удалось обнаружить вещи, никому доселе не известные.

Впервые мы встретились в 1996 году. Нас познакомил Айгиль Фриис-Кристенсен за датской селедкой и легким пивом, и Свенсмарк поделился своими первыми результатами, показывающими, как космические лучи воздействуют на облачный покров Земли. Колдер поспешно отбыл, чтобы написать книгу об этом открытии и его последствиях («Безумное Солнце», 1997). В последующие годы мы часто говорили о том, чтобы переиздать ее, но развитие истории пошло в столь разных и неожиданных направлениях, что нам стало понятно: речь может идти только о новой книге.

Мы хотели бы выразить признательность тем, кто сделал ценные замечания как по поводу черновой версии книги в целом, так и по отдельным ее частям. Назовем их в алфавитном порядке: Ян Вейзер, Роналд Диль, Джаспер Киркби, Лиз Колдер, Гюнтер Коршинек, Питер Кэмпбелл, Йенс Олаф Пепке Педерсен и Нир Шавив. И если остались в книге какие-либо недостатки — то не их вина.

Также выражаем теплую благодарность Саймону Флинну и его коллегам в издательстве «Айкон Букс» за то, что они не только приняли нашу рукопись, несмотря на довольно странные обстоятельства, предшествовавшие объявлению результатов эксперимента, но и очень быстро и с большим энтузиазмом издали эту книгу.

Хенрик Свенсмарк Хеллеруп, Копенгаген, Дания

Найджел Колдер Кроли, Западный Сассекс, Англия

Прогуливаясь ясной звездной ночью, вы легко можете простудиться. Наши предки порой даже считали, что Луна и звезды высасывают жару из Земли и вызывают болезни у людей. Наблюдение, конечно, замечательное, но абсолютно безосновательное. Сегодня астрономы скажут вам, что большинство ярких звезд гораздо жарче Солнца. Однако когда самые большие из них превращаются в сверхновые и взрываются, они разбрызгивают по Галактике атомные снаряды — космические лучи. И в результате эти взорвавшиеся звезды все-таки охлаждают наш мир, так как делают его более облачным.

Эта идея на первый взгляд кажется бредовой. Кто бы мог подумать, что обычные облака, украшающие небо, подчиняются приказам взорвавшихся в далеком космосе звезд? Или что климат послушен атомным частицам, дождем сыплющихся на нас с Млечного Пути? Но проведенные недавно эксперименты приоткрыли завесу тайны и изменили многие представления ученых о климате, погоде и долгой истории жизни на Земле.

Чтобы снять обертку и добраться до некоторых вкусных секретов, которые Природа охраняла особенно тщательно, наша книга проведет вас по необычным местам: от океанского дна Атлантики до богатых окаменелостями холмов в Китае, от яростного Солнца до спиральных рукавов Млечного Пути. Из пропасти времени и пространства выскакивают неожиданные связи и непредсказуемые открытия. И так как столь широкий диапазон тем может озадачить читателя, для начала мы предлагаем вам краткий обзор всей книги. Если хотите, можете пропустить его.

Наш климат постоянно меняется. Первое представление о том, что космические лучи каким-то образом причастны к этому, дается в первой главе, где мы рассказываем о разных эпизодах потеплений и похолоданий, происходивших на Земле в течение нескольких тысяч лет. Последний ледниковый период, называемый «малым», достиг своего апогея триста лет назад и уступил место сегодняшнему теплому промежутку.

Малый ледниковый период связан с необычным состоянием Солнца, известным как минимум Маундера. Это состояние характеризуется крайне небольшим количеством пятен на Солнце, что свидетельствует о его слабой магнитной активности. Еще один показатель — быстрый темп образования радиоактивного углерода и других долгоживущих изотопов, рождающихся в ядерных реакциях в воздухе под воздействием космических лучей. От большинства космических заряженных частиц нас защищает магнитный щит Солнца, но когда оно слабеет — многим из них удается пробиться к Земле.

С тех пор как 11 с половиной тысяч лет назад закончилась последняя ледниковая эпоха, на планету девять раз обрушивались глобальные похолодания наподобие малого ледникового периода. Эти похолодания всегда были связаны с активным образованием радиоактивного углерода и других изотопов. Историки и археологи находят много доказательств того, как пришлось страдать от холодов нашим предкам. Продвигаясь все дальше во времени, в глубину ледниковых периодов, один немецкий ученый нашел мусор, который сбрасывали на дно океана армады айсбергов на протяжении нескольких следующих друг за другом холодных эпизодов. И опять-таки это было связано с низкой солнечной активностью.

Среди тех ученых, которые уже признали, что Солнце играет значительную роль в изменениях климата, представления о том, как именно наше светило влияет на климат, разнятся весьма существенно. Некоторые пытаются объяснить смену теплых и холодных периодов тем, что изменяется яркость Солнца. По их мнению, космические лучи не непосредственно воздействуют на погоду, а всего лишь характеризуют Солнце с точки зрения его магнетизма: более оно активное или менее, а следовательно, более яркое или тусклое. С другой стороны, датские ученые во главе с вашим покорным слугой Свенсмарком полагают, что космические лучи напрямую участвуют в климате, так как именно они регулируют облачность нашей планеты.

Тем не менее в конце первой главы мы приводим очень убедительный аргумент против теории Свенсмарка, высказанный одним швейцарским физиком. Около 40 тысяч лет назад магнитное поле Земли стало очень слабым. Геофизики называют этот эпизод «экскурс Лашамп». Вследствие ослабления магнитного поля Земли в земную атмосферу попало много космических частиц, и, как доказательство своего визита, они разбросали на своем пути «визитные карточки» — радиоактивные атомы. Согласно теории о связи космических лучей и облаков, не должны ли были они вызвать серьезное похолодание? Да, должны были. Однако этого не случилось.

Чтобы опровергнуть столь весомое возражение против его гипотезы, Свенсмарк по-новому взглянул на приключения космических лучей, мы их опишем во второй главе. Вы, разумеется, не видите их, но приблизительно два раза в секунду космические частицы проносятся сквозь ваше тело, пронзая макушку и исчезая в полу под вашими ногами. А если вы забираетесь на гору или летите в самолете, то подвергаетесь их нападениям даже чаще.

Впервые космические лучи обнаружил один австрийский ученый [3]около века назад, и с тех пор они были чем-то вроде не обязательной приправы к космическим блюдам. Конечно, космические лучи возбуждали любопытство ученых, но не считались необходимостью в домашнем хозяйстве Вселенной или Земли. Лишь недавно астрономы осознали, что космические лучи — это обязательный ингредиент в том колдовском зелье, из которого произошли звезды, планеты и химические вещества, нужные для жизни. И хотя специалисты не торопятся оценить их по достоинству, космические лучи, прибывающие сюда от далекого хора взорвавшихся звезд, продолжают каким-то образом воздействовать на нашу жизнь.

Прежде чем космические лучи смогут достичь нас, им приходится пробиваться через три линии обороны: солнечное магнитное поле, магнитное поле Земли и земную атмосферу. Щедрый воздух нашей планеты — это одна из причин, почему Земля более пригодна для жизни, чем поверхность Марса, где космические лучи в сотни раз интенсивнее. На Земле только самые энергичные заряженные частицы могут добраться до дна моря. Они носят название мюонов, или тяжелых электронов, и появляются на свет, когда входящие космические лучи бомбардируют атмосферу.