Oko dwa miliony lat temu Ziemia była miejscem, gdzie nasi wczesni ludzcy przodkowie żyli obok tygrysów szablastozębnych, mastodontów i ogromnych gryzoni. W tym czasie Ziemia była w głębokiej epoce lodowej, z kolejnymi epokami lodowcowymi, które trwały do około 12 000 lat temu. Naukowcy teoretyzują, że epoki lodowe występują z różnych powodów, w tym nachylenia i obrotu planety, przesuwania płyt tektonicznych, erupcji wulkanicznych i poziomów dwutlenku węgla w atmosferze. Ale co jeśli te drastyczne zmiany są nie tylko wynikiem środowiska Ziemi, ale także położenia słońca w galaktyce?

Nowe odkrycie
W nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Astronomy, badacze pod przewodnictwem Uniwersytetu Bostońskiego znaleźli dowody na to, że około dwa miliony lat temu Układ Słoneczny napotkał tak gęstą międzygwiazdową chmurę, że mogła ona zakłócić wiatr słoneczny. Uważają, że to pokazuje, jak pozycja słońca w kosmosie może kształtować historię Ziemi bardziej niż dotychczas sądzono.

Cały nasz Układ Słoneczny jest chroniony przez plazmową tarczę pochodzącą od słońca, znaną jako heliosfera. Składa się ona z ciągłego strumienia naładowanych cząstek, zwanych wiatrem słonecznym, który rozciąga się daleko poza Plutona, otaczając planety tym, co NASA nazywa "gigantyczną bańką". Heliosfera chroni nas przed promieniowaniem i galaktycznymi promieniami, które mogłyby zmienić DNA, a naukowcy uważają, że to jeden z powodów, dla których życie na Ziemi rozwinęło się w taki sposób, w jaki się rozwinęło. Według najnowszego artykułu, zimna chmura skompresowała heliosferę w taki sposób, że Ziemia i inne planety w Układzie Słonecznym znalazły się na krótko poza jej wpływem.

Badania ilościowe
"Ta praca po raz pierwszy ilościowo pokazuje, że doszło do spotkania między słońcem a czymś spoza Układu Słonecznego, co mogło wpłynąć na klimat Ziemi," mówi Merav Opher, astrofizyczka z Uniwersytetu Bostońskiego i główna autorka artykułu.

Jej modele dosłownie kształtowały nasze naukowe rozumienie heliosfery i tego, jak struktura tej bańki jest kształtowana przez wiatr słoneczny, który zderza się z międzygwiezdnym medium - przestrzenią w naszej galaktyce między gwiazdami i poza heliosferą. Jej teoria mówi, że heliosfera jest kształtowana jak napompowany rogalik, idea, która wstrząsnęła społecznością fizyków kosmicznych. Teraz rzuca nowe światło na to, jak heliosfera, i gdzie słońce porusza się przez kosmos, może wpływać na atmosferę Ziemi.

"Gwiazdy się poruszają, a teraz ta praca pokazuje nie tylko, że się poruszają, ale że napotykają drastyczne zmiany," mówi Opher, profesor astronomii w Kolegium Sztuk i Nauk Uniwersytetu Bostońskiego i członkini Centrum Fizyki Kosmicznej Uniwersytetu. Pracowała nad badaniem podczas rocznego stypendium w Instytucie Radcliffe na Harvardzie.

Patrząc wstecz przez czas
Opher i jej współpracownicy dosłownie spojrzeli wstecz przez czas, używając zaawansowanych modeli komputerowych do wizualizacji, gdzie słońce było położone dwa miliony lat temu—i z nim, heliosfera i reszta Układu Słonecznego. Zmapowali również trajektorię Lokalnego Łańcucha Zimnych Chmur, serii dużych, gęstych, bardzo zimnych chmur głównie złożonych z atomów wodoru. Ich symulacje pokazały, że jedna z chmur blisko końca tego łańcucha, nazwana Lokalną Wstęgową Zimną Chmurą, mogła zderzyć się z heliosferą.

Jeśli do tego doszło, mówi Opher, Ziemia byłaby całkowicie narażona na międzygwiezdne medium, gdzie gaz i pył mieszają się z pozostałymi atomowymi elementami eksplodowanych gwiazd, w tym żelazem i plutonem. Normalnie heliosfera filtruje większość tych radioaktywnych cząstek. Ale bez ochrony mogą łatwo dotrzeć do Ziemi. Według artykułu, pokrywa się to z dowodami geologicznymi pokazującymi zwiększone izotopy 60Fe (żelazo 60) i 244Pu (pluton 244) w oceanach, śniegu antarktycznym i rdzeniach lodowych—i na Księżycu—z tego samego okresu. Czas ten również pokrywa się z zapisami temperatur wskazującymi na okres ochłodzenia.

"Nasze kosmiczne sąsiedztwo poza Układem Słonecznym rzadko wpływa na życie na Ziemi," mówi Avi Loeb, dyrektor Instytutu Teorii i Obliczeń na Harvardzie i współautor artykułu. "Ekscytujące jest odkrycie, że nasz przejście przez gęste chmury kilka milionów lat temu mogło wystawić Ziemię na znacznie większy przepływ promieni kosmicznych i atomów wodoru. Nasze wyniki otwierają nowe okno na związek między ewolucją życia na Ziemi a naszym kosmicznym sąsiedztwem."

Zewnętrzne ciśnienie z Lokalnej Wstęgowej Zimnej Chmury mogło ciągle blokować heliosferę przez kilka setek do miliona lat, mówi Opher—w zależności od rozmiaru chmury. "Ale gdy tylko Ziemia oddaliła się od zimnej chmury, heliosfera objęła wszystkie planety, w tym Ziemię," mówi ona. I tak jest dzisiaj.

Nie można dokładnie określić, jaki wpływ miała zimna chmura na Ziemię—na przykład czy mogła wywołać epokę lodową. Ale istnieje jeszcze kilka zimnych chmur w międzygwiezdnym medium, które słońce prawdopodobnie napotkało w miliardach lat od swojego narodzenia, mówi Opher. I prawdopodobnie napotka jeszcze więcej w ciągu następnych milionów lat.

Opher i jej współpracownicy pracują teraz nad śledzeniem, gdzie słońce było siedem milionów lat temu, a nawet dalej wstecz. Określenie położenia słońca miliony lat temu, a także systemów zimnych chmur, jest możliwe dzięki danym zebranym przez misję Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, która tworzy największą 3D mapę galaktyki i daje bezprecedensowy widok na prędkość, z jaką poruszają się gwiazdy.

"Ta chmura była naprawdę w naszej przeszłości, i jeśli przeszliśmy przez coś tak masywnego, byliśmy narażeni na międzygwiezdne medium," mówi Opher. Wpływ przecięcia się z taką ilością wodoru i materiałów radioaktywnych jest niejasny, więc Opher i jej zespół w NASA-finansowanym Centrum Naukowym SHIELD (Solar wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-scale Dynamics) DRIVE teraz badają wpływ, jaki mogły mieć na promieniowanie Ziemi, a także na atmosferę i klimat.

"To dopiero początek," mówi Opher. Ma nadzieję, że ta praca otworzy drzwi do znacznie większych badań nad tym, jak Układ Słoneczny był wpływany przez zewnętrzne siły w odległej przeszłości.

Źródło: Boston University