地球可能在数百万年前暴露于星际异常

科学家们在地球和天空中搜寻地球气候历史的线索。强大而持续的火山喷发可以在很长一段时间内改变气候,而太阳的输出可以在数百万年内改变地球的气候。

但是星际氢云呢?当地球遇到这些气体和尘埃区域时,它们会改变地球的气候吗?

星际云并不都是一样的。有些是弥漫的,而有些则更密集。新研究自然天文学说我们的太阳系可能在两三百万年前穿过了其中一片浓密的云层。

这种效应可能会改变地球大气层的化学成分,影响云的形成和气候。

研究是”2-3 Myr 前,地球可能直接暴露在寒冷致密的星际介质中。“ 第一作者是哈佛大学拉德克利夫高级研究所和波士顿大学天文学系的Merav Opher。

“我们的研究结果为地球上生命的进化与我们的宇宙邻居之间的关系打开了一扇新窗口。”

太阳正在穿过星际介质(ISM)中的一个大空腔,称为本地气泡.在LB内部,太阳的太阳能输出形成了一个茧,称为日光层.它保护太阳系免受宇宙辐射的影响。

在LB内部,不仅仅是太阳。它还包含其他恒星,以及本地星际云太阳一直在穿过LIC移动,并将在几千年后离开它。LIC不是很密集。

但在过去的几百万年里,当太阳穿过本泡泡时,它遇到了比LIC密度大得多的云层。研究人员研究了这些相遇对太阳系开茧的能力的影响,以及这对地球的影响。

“恒星在移动,现在这篇论文表明它们不仅在移动,而且它们会遇到剧烈的变化。”

“在这里,我们表明,在过去几百万年中,太阳已经穿越了ISM中,有寒冷,致密的云层,可能会严重影响日光层。我们探索了一种场景,即太阳系在几百万年前经历了一个冷气体云,“Opher和她的同事写道。

太阳经过的大部分都是稀薄的ISM。太阳不断地穿过稀薄的ISM而没有影响。

“这些云在太阳周围很丰富,但密度太低,无法将日光层收缩到一定距离

然而,ISM中较密集的云层密度足以极大地影响保护日球层。

他们写道:“太阳系附近的ISM也有一些罕见的、密集的冷云,被称为局部冷云带。

该功能区中的一朵云称为本地狮子座冷云 (LLCC)。它是丝带中最大的云之一,天文学家对它进行了广泛的研究。他们知道它的密度和温度。研究人员对丝带中的其他云层没有给予太多关注,但他们希望它们相似。

大约200万年前,太阳系可能已经穿过了一层浓密的氢气和放射性物质云。它压缩了日光层,这是太阳为地球和其他行星提供的保护茧。它在这里显示为星际空间背景上的深灰色气泡。这可能会使地球暴露在高水平的辐射下,并影响气候,以及可能的人类进化。(Opher 等人,自然天文学)

这篇论文的作者说,太阳穿过LLCC尾巴的可能性很小,大约1.3%。

“我们将这部分命名为冷云的本地猞猁(LxCCs)。LxCC占LRCC总质量的近一半,并且比研究得更充分的LLCC更大,“他们写道。

过去对这些云的性质存在疑问。

“请注意,这些云是ISM中异常且无法解释的结构,它们的起源和物理学尚不清楚,”作者写道。他们的工作是基于这样的假设,即自所谓的相遇以来的200万年里,他们没有发生实质性的变化。

“我们在这里假设这些云在过去2~Myr中没有发生任何实质性的变化,尽管未来的工作可能会对它们的演变提供更多的见解。

研究人员使用模拟来研究浓云对日球层的影响,进而研究我们的星球。他们说,云的氢密度向后推了太阳,使日光层缩小到比地球绕太阳的轨道还小。

这些来自模拟的图像显示,日光层因穿过冷云本地猞猁的尾巴而扭曲。(A)是侧视图,(B)是俯视图。红色圆圈表示地球绕太阳的轨道。模拟表明,在一段时间内,地球处于太阳的保护日球层之外。(Opher 等人,2024 年)

它带来了太阳和月亮与密集、寒冷的 ISM 接触。“这样的事件可能对地球气候产生了巨大影响,”他们解释说。

地球上放射性同位素60Fe的存在支持了这次相遇。60Fe主要在超新星中产生,半衰期为260万年。

先前的研究将60Fe与超新星爆炸联系起来,在那里它根深蒂固地存在于尘埃颗粒中,然后被输送到地球。它也存在于月球上。244Pu同时交付,也是在超新星喷射中。

虽然存在很多不确定性,但研究人员表示,60Fe在地球上的沉积与太阳系通过密集云层的假设通道一致,该云压缩了保护日球层,使同位素能够到达地球。

“我们提出的情景与60Fe和244Pu同位素的地质证据一致,即地球在那个时期与ISM直接接触,”他们写道。

但是,如果一颗超新星传递了放射性同位素,那么它必须非常接近,而其他证据则否定了超新星的来源。

“近距离的超新星爆炸与最近的局部气泡形成模型相矛盾,”作者解释说。“这种情况不需要将60Fe和244Pu吸收到尘埃颗粒中,将它们专门输送到地球,就像附近超新星爆炸的情况一样。

这个问题的核心问题是,这对地球有什么影响?

对后果的深入研究超出了本研究的范围。该团队确实对一些可能性发表了评论,同时也警告说,关于这个问题的研究很少。

“很少有作品在与密集的巨型分子云相遇的背景下定量地研究了这种相遇的气候影响。一些人认为,如此高的密度会耗尽臭氧在大气中层(50-100公里),最终冷却地球,“他们写道。

这是一个飞跃,但一些研究表明,这种降温可能有助于我们物种的崛起。

“假设是,我们物种智人的出现是由适应的需要塑造的气候变化.随着日光层的收缩,地球直接暴露在ISM中,“他们写道。

在他们的结论中,他们提醒我们,这种相遇发生的可能性很低。但不是零。

“恒星在移动,现在这篇论文不仅表明它们在移动,而且它们会遇到剧烈的变化,”波士顿大学艺术与科学学院天文学教授、大学空间物理中心成员Opher说。

“虽然太阳过去的运动与这些罕见的云层的巧合确实非常了不起,但ISM的湍流性质和这些云层的小电流角尺寸意味着过去的位置误差椭圆比云层大得多,并且在没有任何其他信息的情况下,它们相遇的概率被测量为很低。“ 他们在结论中写道。

未来的工作将进一步深入研究这个问题。

即使这种特殊的遭遇可能没有发生,这项研究仍然令人着迷。似乎有许多令人眼花缭乱的变量导致了我们,可以想象在ISM中穿过浓密的云层在某个时候发挥了一定作用。

“太阳系以外的宇宙邻居很少影响地球上的生命,”哈佛大学理论与计算研究所所长、该论文的合著者Avi Loeb说。

“令人兴奋的是,我们发现几百万年前我们穿过浓密的云层可能会使地球暴露在更大的宇宙射线和氢原子通量中。我们的研究结果为地球生命进化与我们的宇宙邻居之间的关系打开了一扇新窗口。

“我们希望我们目前的工作将激励未来的工作,详细说明由于日光层与LRCC相遇而产生的气候影响以及地球进化的可能后果,”作者总结道。

本文最初发表于今天的宇宙.阅读原文.

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