Sunčev sustav sudario se s ‘misterioznim kozmičkim oblakom’ prije 2 milijuna godina

Prije otprilike dva milijuna godina, Zemlja je izgledala potpuno drugačije. Naši rani ljudski preci živjeli su uz sabljozube tigrove, mastodonte i ogromne glodavce. Ovisno o njihovom mjestu boravka, možda su osjetili hladnoću: Zemlja je bila u dubokoj ledenoj dobi, s više razdoblja glacijacije koja su dolazila i prolazila sve do prije otprilike 12.000 godina.

Znanstvenici teoretiziraju da se ledena doba događaju iz nekoliko razloga, uključujući nagib i rotaciju planeta, pomicanje tektonskih ploča, vulkanske erupcije i razine ugljičnog dioksida u atmosferi. No, što ako su drastične promjene poput ovih rezultat ne samo Zemljinog okoliša, već i položaja Sunca u galaksiji?

U novom radu objavljenom u časopisu Nature Astronomy, vodeća autorica i astrofizičarka Merav Opher, profesorica astronomije na Sveučilištu Boston i stipendistica na Harvard Radcliffe Institutu, pronašla je dokaze da je prije otprilike dva milijuna godina Sunčev sustav naišao na međuzvjezdani oblak toliko gust da je mogao ometati Sunčev vjetar. Opher i njezini suautori vjeruju da ovo pokazuje kako bi položaj Sunca u svemiru mogao oblikovati Zemljinu povijest više nego što se prethodno mislilo.

Zaštitni štit Sunčevog sustava

Cijeli naš Sunčev sustav obavijen je zaštitnim plazma štitom koji proizlazi iz Sunca, poznat kao heliosfera. Ovaj štit se sastoji od stalnog toka nabijenih čestica, zvanih Sunčev vjetar, koji se proteže daleko iza Plutona, obavijajući planete u ono što NASA naziva “gigantskim mjehurićem”.

Heliosfera nas štiti od zračenja i galaktičkih zraka koje bi mogle promijeniti DNK, a znanstvenici vjeruju da je to dio razloga zašto se život na Zemlji razvio kako jest. Prema najnovijem radu, hladni oblak stisnuo je heliosferu na takav način da je privremeno stavio Zemlju i druge planete Sunčevog sustava izvan utjecaja heliosfere.

“Ovaj rad je prvi koji kvantitativno pokazuje da je došlo do susreta između Sunca i nečega izvan Sunčevog sustava što bi moglo utjecati na Zemljinu klimu,” kaže Opher, stručnjakinja za heliosferu.

Utjecaj heliosfere na Zemlju

Njezini modeli doslovno su preoblikovali naše znanstveno razumijevanje heliosfere i načina na koji je ovaj zaštitni mjehurić strukturiran Sunčevim vjetrom koji se suprotstavlja međuzvjezdanom mediju – prostoru između zvijezda i izvan heliosfere u našoj galaksiji. Prema njezinoj teoriji, heliosfera je oblikovana poput napuhnutog kroasana, što je ideja koja je izazvala veliko uzbuđenje u zajednici svemirske fizike. Sada istražuje kako heliosfera i kretanje Sunca kroz svemir mogu utjecati na Zemljinu atmosfersku kemiju.

“Zvijezde se kreću, a sada ovaj rad pokazuje ne samo da se kreću, već i da susreću drastične promjene,” kaže Opher. Prvi put je otkrila ovu temu i započela istraživanje tijekom jednogodišnje stipendije na Harvard Radcliffe Institutu.

Povijesni susreti sa hladnim oblacima

Kako bi proučila ovaj fenomen, Opher i njezini suradnici su se doslovno osvrnuli unatrag, koristeći sofisticirane računalne modele kako bi vizualizirali gdje se Sunce nalazilo prije dva milijuna godina – i, s njim, heliosferu i ostatak Sunčevog sustava. Također su mapirali put Lokalnog niza hladnih oblaka, niza velikih, gustih, vrlo hladnih oblaka većinom sastavljenih od vodikovih atoma.

Njihove simulacije pokazale su da je jedan od oblaka blizu kraja tog niza, nazvan “Local Lynx of Cold Cloud“, mogao sudariti s heliosferom. Ako se to dogodilo, kaže Opher, Zemlja bi bila potpuno izložena međuzvjezdanom mediju, gdje se plin i prašina miješaju s preostalim atomskim elementima eksplodiranih zvijezda, uključujući željezo i plutonij.

Geološki dokazi i buduća istraživanja

Obično heliosfera filtrira većinu tih radioaktivnih čestica. No bez zaštite, one mogu lako doprijeti do Zemlje. Prema radu, ovo se poklapa s geološkim dokazima koji pokazuju povećane izotope 60Fe (željezo 60) i 244Pu (plutonij 244) u oceanu, na Mjesecu, antarktičkom snijegu i jezgrama leda iz istog razdoblja. Vremenski se to također poklapa s temperaturnim zapisima koji ukazuju na razdoblje hlađenja.

“Rijetko naše kozmičko susjedstvo izvan Sunčevog sustava utječe na život na Zemlji,” kaže profesor Avi Loeb, direktor Instituta za teoriju i izračun na Harvardu i koautor rada. “Uzbudljivo je otkriti da naš prolazak kroz guste oblake prije nekoliko milijuna godina mogao izložiti Zemlju mnogo većem toku kozmičkih zraka i vodikovih atoma. Naši rezultati otvaraju novi prozor u odnos između evolucije života na Zemlji i našeg kozmičkog susjedstva.”

Vanjski pritisak ovog oblaka mogao je neprestano blokirati heliosferu nekoliko stotina godina do milijun godina, kaže Opher – ovisno o veličini oblaka. “Ali čim je Zemlja bila daleko od hladnog oblaka, heliosfera je obuhvatila sve planete, uključujući Zemlju,” objašnjava Opher. I tako je danas.

Buduća istraživanja

Nemoguće je znati točan učinak hladnih oblaka na Zemlju – poput toga je li mogao potaknuti ledeno doba. No, postoji nekoliko drugih hladnih oblaka u međuzvjezdanom mediju koje je Sunce vjerojatno susrelo u milijardama godina otkako je rođeno, kaže Opher. I vjerojatno će naići na još u narednih milijun godina ili tako nešto.

Opher i njezini suradnici sada rade na praćenju gdje je Sunce bilo prije sedam milijuna godina, pa čak i dalje unatrag. Precizno lociranje Sunca milijunima godina u prošlosti, kao i sustava hladnih oblaka, moguće je s podacima prikupljenim misijom Gaia Europske svemirske agencije, koja gradi najveću 3D kartu galaksije i pruža neviđen pogled na brzinu kretanja zvijezda.

“Ovaj oblak je zaista bio u našoj prošlosti, i ako smo prešli nešto tako masivno, bili smo izloženi međuzvjezdanom mediju,” kaže Opher. Učinak prelaska puta s toliko vodika i radioaktivnog materijala nije jasan, pa Opher i njezin tim u BU-ovom SHIELD (Solar Wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-scale Dynamics) DRIVE Science Centru sada istražuju učinak koji je mogao imati na Zemljino zračenje, kao i atmosferu i klimu. “Ovo je tek početak,” kaže Opher. Nada se da će ovaj rad otvoriti vrata mnogo većem istraživanju kako su Sunčev sustav i vanjske sile utjecale na našu planetu u dubokoj prošlosti i kako su te sile oblikovale život na Zemlji.