В феврале 1987 года Нил Герельс, молодой исследователь Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, сел на военный самолет, направлявшийся в австралийскую глубинку. На борту самолета Герелс вез полиэтиленовый аэростат и набор радиационных детекторов, которые он только что закончил строить в лаборатории. Он спешил добраться до Алис-Спрингс, отдаленного аванпоста на северной территории, где он запустил бы эти инструменты высоко над атмосферой Земли, чтобы взглянуть на самое захватывающее событие в нашей части космоса: сверхновую SN 1987A , взрывающуюся в одной из ближайших спутниковых галактик Млечного пути.
Это был самый близкий звездный катаклизм с тех пор, как Иоганн Кеплер заметил его в нашей галактике Млечный путь в 1604 году. С тех пор у ученых родилось множество вопросов. Самый важные из них был:
"Насколько близкой должна быть сверхновая, чтобы разрушить жизнь на Земле?"
Еще в 1970-х годах исследователи предположили, что излучение соседней сверхновой звезды может уничтожить озоновый слой, подвергая растения и животных вредному ультрафиолетовому свету и, возможно, вызвать массовое исчезновение. Вооружившись новыми данными с SN 1987A, Герелс теперь мог вычислить теоретический радиус гибели, внутри которого сверхновая будет иметь ужасные последствия.
Чтобы понять, как сверхновые влияют на жизнь, ученые должны были связать время их взрывов с ключевыми событиями на земле, такими как массовые вымирания или эволюционные скачки.
"Суть в том, что сверхновая будет находиться достаточно близко к Земле, чтобы резко влиять на озоновый слой примерно раз в миллиард лет”, - говорит Герелс, который все еще работает в Годдарде. Он признает, что такое случается нечасто, и сегодня в Солнечной системе нет угрожающих звезд. Но Земля существует уже 4,6 миллиарда лет, а жизнь-около половины этого времени, то есть велика вероятность того, что когда-то в прошлом сверхновая могла уничтожить планету. Проблема в том, чтобы выяснить, когда. "Поскольку сверхновые в основном влияют на атмосферу, трудно найти следы на поверхности”, - говорит Герелс.
Астрономы искали подсказки в окружающем космосе, но самые убедительные доказательства наличия поблизости сверхновой звезды приходят, как ни парадоксально, со дна моря. Здесь на голой коре подводных гор растет асфальтово-черное минеральное образование, называемое ферромарганцевой корой. В своих тонких множественных слоях она записывает историю планеты и, по некоторым данным, первым доказательством влияния сверхновой.
Эти сведения о древних космических взрывах чрезвычайно ценны для ученых, которые подозревают, что сверхновые, возможно, сыграли малоизвестную роль в формировании эволюции жизни на Земле.
Но чтобы понять, как сверхновые влияют на жизнь, ученые должны были связать время их взрывов с ключевыми событиями на земле, такими как массовые вымирания или эволюционные скачки. Единственный способ сделать это - найти следы элементов редких радиоактивных металлов, которые в основном находятся внутри сверхновых и очень медленно распадаются на поверхности нашей планеты.
Одним из наиболее перспективных кандидатов был Fe-60, тяжелый изотоп железа с четырьмя нейтронами больше, чем обычный изотоп и периодом полураспада 2,6 миллиона лет. Но найти атомы Fe-60, рассеянные на поверхности Земли, было непростой задачей. Ученые подсчитали, что только очень небольшое количество Fe-60 действительно достигло бы нашей планеты, а на суше оно было бы разбавлено природным железом или было бы разрушено и смыто в течение миллионов лет.
Поэтому ученые вместо этого посмотрели на дно моря, где обнаружили атомы Fe-60 в железомарганцевых корках, которые являются породами, немного похожими на сталагмиты. Состоящие в основном из оксидов железа и марганца, они также содержат небольшое количество почти каждого металла в периодической таблице, от кобальта до иттрия.
Когда ионы железа, марганца и других металлов вымываются в море с суши или из подводных вулканических жерл, они реагируют с кислородом в морской воде, образуя твердые вещества, которые осаждаются на дно океана или плавают, пока не прилипнут к существующим коркам.
Это позволяет коркам служить космическими историками, которые ведут записи о химии морской воды, включая элементы, которые служат временными метками умирающих звезд. Одна из старейших корок датируется более чем 70 миллионами лет, когда динозавры бродили по планете, а Индийский субконтинент был всего лишь островом в океане на полпути между Антарктидой и Азией.
Первыми людьми, которые искали Fe-60 в этих корках, физики-экспериментаторы технического университета Мюнхена. Команда не изучала ни сверхновые, ни корки—они разрабатывали методы измерения редких изотопов различных элементов, включая Fe—60. После того, как другой ученый измерил изотоп бериллия, который может быть использован для датировки слоев корок, они решили изучить тот же образец для Fe-60, который, как он знал, был произведен в сверхновых.
Основываясь на концентрации Fe-60 в земной коре, ученные подсчитал, что сверхновая взорвалась по крайней мере на 100 световых лет от Земли-в три раза больше расстояния, на котором она могла уничтожить озоновый слой,—но достаточно близко, чтобы потенциально изменить образование облаков и, следовательно, климат. Хотя никаких массовых вымираний не произошло 2,8 миллиона лет назад, произошли некоторые резкие изменения климата и они, возможно, дали толчок эволюции человека. Примерно в это же время африканский климат иссяк, в результате чего леса сократились и уступили место травянистой саванне. Ученые считают, что это изменение, возможно, вдохновило наших предков-гоминидов, когда они спустились с деревьев и в конце концов начали ходить на двух ногах.
Эта идея, как и любая молодая теория, все еще спекулятивна и имеет своих противников. Некоторые ученые считают, что Fe-60, возможно, был принесен на Землю метеоритами, а другие считают, что эти изменения климата можно объяснить снижением концентрации парниковых газов или закрытием океанских ворот между Северной и Южной Америкой. Но новый инструмент дает ученым возможность датировать другие, возможно, более древние, сверхновые, которые, возможно, прошли в окрестностях Земли, и изучить их влияние на нашу планету. Замечательно, что мы можем использовать эти медленно растущие породы для изучения быстрых явлений звездных взрывов. И им есть что рассказать.
