Читать книгу "Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата - Найджел Колдер"

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.

Согласно предположениям Свенсмарка, мюоны помогают формировать низкие облака, охлаждающие мир. Чтобы решить головоломку, которую подкинул ему эпизод Лашамп, Свенсмарк проследил происхождение мюонов, используя одну немецкую компьютерную программу. Она позволяет просчитывать все атомные и субатомные события, которые происходят после соударений частиц космических лучей с молекулами газов, составляющих воздух. Свенсмарк обнаружил, что почти все мюоны, достигающие отметки в 2000 метров над уровнем моря, порождаются космическими лучами, которые обладают слишком высокой энергией, чтобы на них оказывали влияние изменения в магнитном поле Земли. Таким образом, получается, что нет причин ожидать ни большего количества мюонов во время эпизода Лашамп, ни сколько-нибудь заметного охлаждающего эффекта.

Основное направление климатологии начала двадцать первого века полагает, что облака покорно повинуются изменениям климата, вызванным какими-то другими причинами. Так ли это на самом деле? Или облака сами приказывают? Это тема третьей главы. Исследования, проведенные в Копенгагене, продемонстрировали, какие именно облака наиболее поддаются воздействию космических лучей и, таким образом, сильнее влияют на климат. Это низкие облака, покрывающие огромные территории Земли, — именно их мы видим во время полетов над океаном, где они создают блестящий, но монотонный пейзаж на тысячи километров.

В отличие от более высоких облаков, способствующих нагреванию планеты, облака, располагающиеся ниже 3000 метров, охлаждают ее. Когда в атмосферу проникает мало космических лучей, низких облаков тоже становится меньше, и Земля начинает нагреваться. В течение двадцатого века магнитная защита Солнца усилилась более чем вдвое и, таким образом, сократила как количество заряженных частиц, попадающих на Землю, так и облаков, что может объяснить большую часть глобального потепления, о котором рапортуют ученые-климатологи.

Но действительно ли облака в ответе за изменения климата? Весомый аргумент в пользу этой версии мы можем найти в Южном полушарии Земли. Специалисты были сбиты с толку возрастающим количеством доказательств того, что Антарктика выбирает собственный климатический путь. Когда весь мир нагревается, Антарктика становится холоднее, и наоборот. Сложные теории пытались объяснить раскольническое поведение Антарктики. Но если исходить из того, что облака руководят переменами климата, то аномалия Южного полушария вполне предсказуема. Антарктика — это всего лишь большая область, где облака согревают снежную поверхность, в то время как остальной мир они охлаждают.

Если подтвердится то, что облака управляют погодой, — это будет хорошей новостью для жителей всего мира. Это будет означать, что Солнце властно меняет климат Земли, воздействуя на него в том числе с помощью космических лучей, ответственных за большую часть потепления в двадцатом столетии. Если так, то роль углекислого газа, должно быть, весьма незначительна, и любое глобальное потепление двадцать первого века, вероятно, будет много меньше, чем ставшие уже традиционными предсказания о повышении среднемировой температуры на 3 или 4 градуса Цельсия.

Все десять лет, прошедшие с того момента, как Свенсмарк и его коллеги в Копенгагене впервые рассказали о связи между космическими лучами, облаками и климатом, концепция датских ученых либо оставалась «незамеченной», либо подвергалась жесткой критике. Идея Свенсмарка могла ослабить модную сегодня гипотезу о глобальном потеплении, и сопротивление было ожесточенным. Поэтому финансировать исследования Свенсмарка никто не спешил. Чтобы возразить критикам и привлечь к открытию то внимание, которое оно заслуживало, команде датских ученых пришлось разобраться в том, как именно космические лучи влияют на формирование облаков. В четвертой главе вы найдете ответ на этот вопрос.

Вот о чем эта история: чем больше космических лучей, тем больше облаков и тем прохладнее наш мир — по той причине, что космические лучи участвуют в образовании облаков.

Как ни странно такое звучит, но метеорологи и климатологи никогда в действительности не знали, откуда берутся облака. Самые элементарные учебники сообщают, что если влажный воздух сильно охладить, то влага конденсируется, и получаются облака. Но ведь сначала должны образоваться маленькие «точки», плавающие в воздухе, — так называемые ядра облакообразования, без которых капли воды не смогут сформироваться. Наиболее важные «точки» — это опять-таки крохотные капельки, состоящие из молекул серной кислоты и воды. Их тоже должен кто-то «высеять» в воздухе, но как это происходит — оставалось тайной. В 1996 году исследовательский самолет, совершая полет над Тихим океаном, наткнулся на явление чрезвычайно стремительного создания «точек» облакообразования, что противоречило всем господствовавшим метеорологическим теориям.

Найти разгадку помог большой короб с воздухом в подвале Датского национального космического центра. Там в 2005 году провели эксперимент под названием «SKY». Космические лучи, пройдя через потолок лаборатории, попадали внутрь камеры, где высвобождали электроны. Те, в свою очередь, побуждали молекулы собираться в группы и образовывать «микроточки», способные соединяться в более крупные «точки», необходимые для формирования облаков. Быстрота электронов и их эффективность в выполнении данной работы застали экспериментаторов врасплох.

В 2006 году начались другие лабораторные испытания для выяснения того, как ведут себя в атмосфере космические лучи. Международная команда ученых, работающая в ЦЕРНе, в Европейской лаборатории физики элементарных частиц в Женеве, приступила к эксперименту «CLOUD», более детально проработанному, чем «SKY», где для имитации космических лучей используются ускоренные частицы. На первой стадии ученые точно воспроизвели эксперимент «SKY», но используя дополнительные инструменты.

В ходе копенгагенского эксперимента был найден последний, недостающий кусочек мозаики под названием «Приключения космических лучей». Он дал полное представление о том, как космические лучи убегают от взрывающихся звезд и прорываются с боями через нижний слой земной атмосферы, где воздействуют на облака и климат. Теперь ученым стало более понятно, как менялось количество заряженных частиц, прилетающих из космоса, с начала времен. Как мы увидим в пятой главе, приток космических лучей зависит не только от состояния Солнца, но и от нашего местоположения в Галактике.

За компанию с Землей Солнце путешествует среди звезд по своей орбите вокруг центра Млечного Пути. Иногда оно оказывается в темных областях, где яркие, горячие, взрывные звезды довольно редки. Там относительно мало космических лучей, и тогда климат на Земле становится теплым. Геологи называют такие периоды межледниковьем. В другие периоды, когда звездный свет и космические лучи интенсивны, мир входит в суровую ледниковую эпоху, и тогда основную часть пейзажа составляют ледники и снежные покровы.