آثار مخرب انفجارهای مرموز ذرات خورشیدی بر لایه اُزون

یک مطالعۀ جدید نشان می‌دهد که رویدادهای شدید ذرات خورشیدی، که اغلب هر هزار سال یک بار رخ می‌دهند، می‌توانند به لایۀ اُزون زمین آسیب جدی وارد کنند.

به گزارش تک‌ناک، این انفجارهای ذرات خورشیدی باعث افزایش قرارگیری زمین در معرض اشعۀ ماوراء بنفش و آسیب احتمالی به DNA می‌شوند. این رویدادها زمانی که میدان مغناطیسی زمین ضعیف است، شدت می‌یابند و می‌توانند روند بهبود اُزون را طولانی‌تر کنند و تأثیرات اشعۀ UV را افزایش دهند.

شفق‌های قطبی قابل‌ توجه در اوایل ماه می امسال (اواسط اردیبهشت تا اوایل خرداد)، قدرتی را که طوفان‌های خورشیدی می‌توانند به عنوان تشعشع از خود ساطع کنند را نشان دادند، امّا گاهی اوقات خورشید کاری بسیار مخرب‌تر انجام می‌دهد. این انفجارهای پروتونی که به عنوان «رویدادهای ذرات خورشیدی» شناخته می‌شوند، می‌توانند مانند نورافکن به فضا پرتاب شوند.

سوابق نشان می‌دهد که اغلب هر هزار سال یک بار زمین با یک رویداد شدید ذرات خورشیدی برخورد می‌کند، که می‌تواند آسیب شدیدی به لایۀ اُزون وارد کند و سطح تابش فرابنفش (UV) را افزایش دهد.

در مواقعی که میدان مغناطیسی زمین ضعیف است، این رویدادها می‌توانند تأثیر شگرفی بر زندگی در سراسر سیاره داشته باشند.

سپر مغناطیسی حیاتی زمین

میدان مغناطیسی زمین یک پیلۀ محافظ حیاتی برای حیات فراهم می‌کند و باعث انحراف تابش بار الکتریکی خورشید می‌شود. در حالت عادی، این پیلۀ محافظ مانند یک آهن‌ربای میله‌ای غول‌پیکر با خطوط میدانی که از یک قطب بالا می‌آیند، به اطراف حلقه می‌زنند و در قطب دیگر به پایین فرو می‌روند و در الگویی که گاهی اوقات به عنوان “inverted grapefruit” توصیف می‌شود، عمل می‌کند. جهت‌گیری عمودی در قطب‌ها به برخی از تشعشعات کیهانی یونیزه اجازه می‌دهد تا اتمسفر را فوقانی نفوذ کنند؛ جایی که با مولکول‌های گاز تعامل دارند تا درخششی را ایجاد کنند که ما به عنوان شفق قطبی می‌شناسیم.

هر چند این پدیده در طول زمان بسیار تغییر کرده است. در قرن گذشته، قطب مغناطیسی شمال با سرعتی در حدود 40 کیلومتر در سال در سراسر شمال کانادا سرگردان بوده و میدان آن بیش از 6 درصد ضعیف شده است. سوابق زمین‌شناسی نشان می‌دهد که دوره‌هایی از قرن‌ها یا هزاره‌ها وجود داشته که میدان ژئومغناطیسی بسیار ضعیف شده یا حتی به‌طور کامل وجود نداشته است.

می‌توان با نگاه به مریخ که در گذشته میدان مغناطیسی جهانی خود را از دست داد و به همین دلیل بخش زیادی از جو آن از بین رفت، متوجه شد که چه اتفاقی بدون میدان مغناطیسی زمین رخ می‌دهد. در ماه می (اواسط اردیبهشت تا اوایل خرداد) اندکی پس از پدیدار شدن شفق قطبی، یک رویداد قوی ذرات خورشیدی به مریخ برخورد کرد. این وقایع عملکرد فضاپیمای اودیسۀ مریخ را تحت تأثیر قرار داد و باعث شد تشعشعات در سطح مریخ حدود 30 برابر بیشتر از آن چیزی باشد که در طی عکسبرداری از قفسۀ سینه دریافت می‌کنید.

قدرت پروتون‌ها

اتمسفر بیرونی خورشید جریان نوسانی ثابتی از الکترون‌ها و پروتون‌ها را منتشر می‌کند که با نام باد خورشیدی شناخته می‌شود. با وجود این، سطح خورشید نیز به‌طور پراکنده انفجارهای انرژی (اغلب پروتون) را در رویدادهای ذرات خورشیدی منتشر می‌کند، که بیشتر با شراره‌های خورشیدی مرتبط است.

پروتون‌ها بسیار سنگین‌تر از الکترون‌ها هستند و انرژی بیشتری حمل می‌کنند، بنابراین به ارتفاعات پایین‌تری در جو زمین می‌رسند و به مولکول‌های گاز در هوا تبدیل می‌شوند. اگر چه این مولکول‌های برانگیخته فقط اشعۀ ایکس از خود ساطع می‌کنند که با چشم غیرمسلح نامرئی است.

صدها رویداد ذرات ضعیف خورشیدی در هر چرخۀ خورشیدی (تقریباً 11 سال) رخ می‌دهد، امّا دانشمندان آثاری از رویدادهای بسیار قوی‌تر در طول تاریخ زمین پیدا کرده‌اند.

این رویدادهای شدید ذرات خورشیدی اغلب هر چند هزار سال یکبار رخ می‌دهند. آخرین مورد در حدود سال 993 بعد از میلاد بود و نشان داد که وایکینگ‌ها در کانادا از چوب بریده شده برای ساختمان‌های خود در سال 1021 پس از میلاد استفاده می‌کردند.

اُزون کمتر، تشعشع بیشتر

رویدادهای ذرات خورشیدی همچنین فراتر از اثر فوری خود، می‌توانند زنجیره‌ای از واکنش‌های شیمیایی را در اتمسفر فوقانی آغاز کنند که ممکن است اُزون را تخریب کند. اُزون اشعۀ مضر UV خورشیدی را جذب می‌کند که می‌تواند به بینایی و DNA آسیب برساند (خطر ابتلا به سرطان پوست را افزایش می‌دهد)، همچنین بر آب و هوا تأثیر می‌گذارد.

در مطالعۀ جدید، دانشمندان از مدل‌های کامپیوتری بزرگ شیمی اتمسفر جهانی برای بررسی تأثیرات یک رویداد شدید ذرات خورشیدی استفاده کردند.

دانشمندان می‌گویند که ما کشف کردیم چنین رویدادی می‌تواند باعث کاهش سطح اُزون برای یک‌سال یا بیشتر شود و میزان UV در سطح جو، همچنین آسیب DNA را افزایش دهد. امّا اگر یک رویداد پروتون خورشیدی در دوره‌ای رخ دهد که میدان مغناطیسی زمین بسیار ضعیف است، آسیب اُزون شش سال طول می‌کشد، سطح UV را 25 درصد بالا می‌برد و سرعت آسیب DNA ناشی از خورشید را تا 50 درصد افزایش می‌دهد.

انفجار ذرات از گذشته

در چه حد امکان دارد که این ترکیب مرگبار میدان مغناطیسی ضعیف و رویدادهای شدید پروتون خورشیدی رخ دهد؟ با توجه به تعداد دفعات وقوع هر یک از آنها، به نظر می‌رسد که آنها به نسبت اغلب با هم اتفاق می‌افتند.

در واقع، این ترکیب از رویدادها ممکن است چندین رویداد مرموز در گذشتۀ زمین را توضیح دهد.

آخرین دورۀ میدان مغناطیسی ضعیف از جمله یک سوئیچ موقت در قطب شمال و جنوب، 42000 سال پیش آغاز شد و حدود 1000 سال به طول انجامید. چندین رویداد تکاملی مهم در این زمان رخ داد، که از جملۀ آنها می‌توان به ناپدید شدن آخرین نئاندرتال‌ها در اروپا و انقراض ابر جانوران کیسه‌دار از جمله وومبت‌های غول پیکر و کانگوروها در استرالیا اشاره کرد.

یک رویداد تکاملی حتی بزرگ‌تر نیز با میدان ژئومغناطیسی زمین مرتبط است. سرچشمۀ حیوانات چند سلولی در پایان دورۀ ادیاکران (از 565 میلیون سال پیش)، که در فسیل‌های محدودۀ فلیندرز استرالیای جنوبی ثبت شده است، پس از یک دورۀ 26 میلیون سالۀ میدان مغناطیسی ضعیف یا غایب رخ داده است.

به‌طور مشابه، تکامل سریع گروه‌های متنوعی از حیوانات در انفجار کامبرین (حدود 539 میلیون سال پیش) نیز با ژئومغناطیس و سطوح بالای UV ارتباط دارد. تکامل همزمان چشم‌ها و پوسته‌های سخت بدن در گروه‌های غیرمرتبط، به عنوان بهترین روش برای شناسایی و جلوگیری از پرتاب نور مضر UV توصیف شده است.

دانشمندان هنوز در حال بررسی نقش فعالیت خورشیدی و میدان مغناطیسی زمین در تاریخ حیات هستند.