Влияние на жизнь сверхновых звезд
Профессор географического факультете МГУ имени М.В. Ломоносова Алексей Юрьевич Ретеюм закончил исследование, посвященное влиянию сверхновых звезд на биосферу. С некоторыми результатами этого исследования мы знакомим наших читателей
* * *
Введение
Подвержена ли биосфера, продукт активности Солнца, воздействию со стороны других светил Млечного Пути? Положительный ответ на этот важный вопрос еще в 1950 году дал палеонтолог О.К. Шиндевольф, выдвинув гипотезу о влиянии вспышек сверхновых звезд на развитие живых организмов. Потребовалось много времени, чтобы пройти путь от постановки соответствующего эксперимента и сбора единичных фактов до обнаружения наиболее убедительных (на сегодня) свидетельств — отклика деревьев, запечатленного в их годичных кольцах.
Автор впервые обнаружил последствия всех семи известных событий генерации космических излучений в период с 185 по 1604 годы, основываясь на итогах анализа свыше 1000 рядов древесных колец самого долгоживущего вида растений.
Начало рассматриваемого междисциплинарного направления связано с именами Б.П. Константинова и Г.Е. Кочарова, предложивших в 1965 году восстанавливать показатели галактических космических лучей в прошлом по данным регистрации изотопов 14С и 10Ве. Эта идея способствовала проведению пионерного исследования по реакции туркестанского можжевельника на последние вспышки сверхновых, выполненного Н.В. Ловелиусом в 1973 году. К сожалению, работы такого рода не имели продолжения более 30 лет.
Полученные в 1974 году экспериментальные результаты по содержанию изотопа углерода 14С в кольцах 400-летних деревьев, резко повышавшегося в моменты появления сверхновых звёзд SN 1572 и SN 1604, подтвердили принципиальную возможность обнаружения следов сверхновых в оболочках планеты. Вскоре, благодаря определению концентраций 10Ве в керне гренландского льда, удалось найти признаки взрыва очень близкой (находившейся на расстоянии всего 150 световых лет от Солнечной системы) сверхновой звезды 10−40 тыс. лет назад. Дополнительные сведения по 10Ве, 14С и 36Cl полностью подтвердили предположение о вспышке сверхновой около 35 тыс. лет назад.
Впоследствии было установлено, что галактические космические лучи приносят на Землю, в частности, изотоп железа 54Fе, аномально высокие концентрации которого вероятно приходятся на время ускоренного видообразования биоты. Однако принятые методы реконструкции фауны пока еще не обладают точностью, необходимой и достаточной для однозначного объяснения феномена геохимических и палеонтологические совпадений.
Очевидно, чтобы убедиться в реальности явления, сходного по свой природе эффекту, предсказанному О.Г. Шиндевольфом, требуется поиск прямых доказательств.
* * *
Вспышки сверхновых и их детекторы
На сегодня по критериям большой длительности наблюдений разными свидетелями появления светила, его фиксированного положения на небосводе, необычной яркости, небольшой галактической широты и существования остатка в Млечном пути (Рис. 1) достаточно определенно выделяется группа из семи близких вспышек сверхновых (Табл. 1).
Таблица 1. Хорошо известные сверхновые звезды
Год н.э. Созвездие Период видимости Максимальная видимая звездная величина (максимальный блеск) Расстояние, световых лет Место наблюдения 185 Центавр Более 20 мес. от — 2 до — 8 3000−8000 393 Скорпион 8 мес. от 0 до — 3 4000−34 000 1006 Волк Более 3 лет от — 7 до — 9 7000 1054 Телец 21 мес. -6 6000−7000 1181 Кассиопея 6 мес. от 0 до — 1 6500−8500 1572 Кассиопея 18 мес. -4 7500−10 000 1604 Змееносец 12 мес. -3 20 000 Наиболее сильной была вспышка SN 1006, которая светила подобно четверти или даже половине Луны, а днем давала тень. SN 1054 также видели днем, причем ее размер был больше Венеры. Для обнаружения следов влияния вспышек сверхновых в биосфере лучше всего подходят популяции долгоживущих сосен Pinus longаеva D.K. Bailey с ареалом в североамериканских Кордильерах (Рис. 2). В этом случае можно использовать несколько дендрохронологий, составленных по измерениям годичных колец преимущественно живых деревьев (Табл. 2), что повышает надежность выводов. Высокая чувствительность вида и обитание его в горных условиях увеличивает шансы улавливания космического сигнала. Таблица 2. Число изученных деревьев по годам вспышек сверхновых звезд. Место дендрологического исследования Originator Штат США SN 185 393 1006 1054 1181 1572 1604 27 26 29 31 33 55 54 6 14 22 21 28 38 39 9 13 15 16 15 13 31 21 19 22 18 20 26 27 2 5 4 6 8 12 12 6 14 27 27 29 36 35 3 4 19 20 29 31 32 74 95 138 139 162 211 230 Анализ информационного массива произведен методом наложенных эпох, относящихся к разным вспышкам. Значения толщины древесных колец по отдельным хронологиям осреднены. * * * Последствия вспышек сверхновых Обобщение имеющихся данных показывает, что вспышкам сверхновых предшествовало серьезное ухудшение состояния остистых сосен, оно сменялось однолетним подъемом, после которого наступала многолетняя депрессия (Рис. 3). Резкое изменение роста в годы до и после появления сверхновой нужно считать характерной реакцией деревьев, так как оно отмечается в 86% рядов по хронологиям и по периодам вспышек. Величина этой аномалии, как и следовало ожидать, была максимальной во время самой мощной вспышки SN 1006, причем она зафиксирована во всех без исключений изученных популяциях, достигая 73% (хронология White Mountains). Ежегодный прирост после вспышек всюду отличался значительными отрицательными трендами (Рис. 4). Отмеченные особенности отклика растений на галактический импульс наиболее ярко выражены в случае вспышки звезды SN 1006 (Рис. 5). Вторая по мощности вспышка сверхновой имела сходные долговременные последствия в виде снижения роста (Рис. 6). Сопоставление хронологий позволяет обнаружить популяцию, наиболее полно отражающую чувствительность вида к воздействию космоса — это сосны, произрастающие на доломитных почвах White Mountains в Калифорнии на высоте более 3000 м (Рис. 7). Аналогичный эффект многолетнего замедления роста деревьев можно видеть по другим, не столь длинным хронологиям остистых сосен, особенно в случае вспышки SN 1006 (Рис. 7). * * * О причинах изменений роста Теоретически, на рост сосен во время до или после вспышек сверхновых могли оказать влияние три причины: вариации солнечной активности, аномальное космическое излучение и нарушения режима атмосферы. Судя по данным о концентрациях 10Ве, уровень полного солнечного излучения не менялся во время вспышек сверхновых. Использование оценок и аналогий показывает, что под действием потоков высокоэнергичных ионизирующих частиц и гамма-квантов, а также ультрафиолетовой радиации, которая усиливается при разрушении озонового слоя, должно было происходить замедление фотосинтеза. Как известно, хвойные деревья не обладают устойчивостью к такого рода воздействиям. Наиболее чувствительны зачатки хвои, где повреждаются мембранные системы цитоплазмы и хроматин-белковые структуры ядра; зрелая же хвоя преждевременно стареет и отмирает. При анализе отклика деревьев на экстремальное космическое воздействие обращает на себя внимание тот факт, что на фоне долговременного ухудшения статуса организмов в отдельные годы отмечается рост выше нормы. Это, вероятно, свидетельствует о преобладании обратимых биологических последствий и ведущей роли физико-химических изменений в атмосфере. * * * Заключение При изучении деревьев большого возраста обнаруживаются эффекты преддействия и последействия взрыва сверхновых звезд, которые выражаются в кратковременном и долговременном замедлении роста деревьев. Эти явления связаны с излучениями разной природы. Лучше всего прослеживаются в большинстве дендрохронологий последствия самой яркой вспышки SN 1006. Очевидно, что столь сильное воздействие на биосферу оказало влияние на жизнь многих организмов.