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天体物理学家计算出地球在200万年前暴露于寒冷严酷的星际云层的可能性

导读 大约两百万年前,地球与现在大不相同,我们的早期人类祖先与剑齿虎、乳齿象和巨型啮齿动物生活在一起。而且,根据它们所处的位置,它们可能...

大约两百万年前,地球与现在大不相同,我们的早期人类祖先与剑齿虎、乳齿象和巨型啮齿动物生活在一起。而且,根据它们所处的位置,它们可能很冷:地球陷入了深度冻结,直到大约12,000年前才经历了多个冰河时代。

科学家推测,冰河时代的出现有多种原因,包括地球的倾斜和旋转、板块构造的移动、火山爆发以及大气中的二氧化碳水平。但是,如果这些剧烈的变化不仅是地球环境的结果,也是太阳在银河系中的位置的结果,那又会怎样呢?

在《自然天文学》杂志发表的一篇新论文中,该论文的主要作者、天体物理学家梅拉夫·奥弗(MeravOpher)——波士顿大学天文学教授、哈佛大学拉德克利夫研究所研究员——发现证据表明,大约两百万年前,太阳系遇到了一个非常密集的星际云,以至于它可能干扰了太阳的太阳风。奥弗和她的合著者认为,这表明太阳在太空中的位置可能比以前认为的更能影响地球的历史。

我们的整个太阳系被一层由太阳发出的保护性等离子屏障所包裹,这层屏障被称为日光层。它由一种称为太阳风的恒定带电粒子流构成,这些粒子流远远延伸到冥王星以外,将行星包裹在NASA所称的“巨大气泡”中。

它保护我们免受辐射和银河射线的伤害,因为这些射线可能会改变DNA,科学家认为这也是地球上生命进化的原因之一。根据最新论文,冷云压缩了日光层,使得地球和太阳系中的其他行星短暂地处于日光层的影响之外。

日光层专家奥弗说:“这篇论文首次定量地表明太阳与太阳系外某物体发生过碰撞,并会对地球的气候产生影响。”

她的模型确实塑造了我们对日光层的科学理解,以及日光层是如何由太阳风推挤星际介质(即我们银河系中恒星之间和日光层之外的空间)而形成的。她的理论是日光层的形状像一个蓬松的羊角面包,这个想法震惊了空间物理学界。

现在,她对日光层以及太阳在太空中的移动位置如何影响地球大气化学提供了新的见解。

“恒星会移动,现在这篇论文表明它们不仅会移动,而且还会经历剧烈的变化,”奥弗说。她在哈佛拉德克利夫研究所为期一年的奖学金期间首次发现并开始研究这项研究。

为了研究这一现象,奥弗和她的同事们回顾了过去,利用复杂的计算机模型来可视化200万年前太阳的位置——以及日光层和太阳系的其余部分。他们还绘制了局部冷云带系统的路径,这是一串由氢原子组成的巨大、密集、非常冷的云。

他们的模拟表明,靠近该带状云带末端的其中一朵云,被称为“本地山猫冷云”,可能与日光层发生了碰撞。

奥弗说,如果发生这种情况,地球将完全暴露在星际介质中,那里的气体和尘埃与爆炸恒星留下的原子元素混合,包括铁和钚。

日光层通常会过滤掉大部分放射性粒子。但如果没有保护,它们很容易到达地球。根据该论文,这与地质证据相符,地质证据表明同一时期海洋、月球、南极雪和冰芯中的60Fe(铁60)和244Pu(钚244)同位素有所增加。这一时间也与表明冷却期的温度记录相符。

哈佛大学理论与计算研究所所长、论文共同作者阿维·勒布(AviLoeb)表示:“太阳系以外的宇宙邻居很少会对地球上的生命产生影响。”

“令人兴奋的是,几百万年前我们穿过浓密的云层时,地球可能暴露在更大的宇宙射线和氢原子通量中。我们的研究结果为了解地球生命演化和我们宇宙邻居之间的关系打开了一扇新的窗户。”

奥弗说,冷云的局部山猫云产生的外部压力可能会持续阻挡日光层几百年到一百万年——具体取决于云的大小。“但是,一旦地球远离冷云,日光层就会吞噬所有行星,包括地球,”她说。这就是今天的状况。

目前不可能知道冷云对地球的确切影响——比如它是否会引发冰河时代。但奥弗说,自诞生以来的数十亿年里,太阳可能遇到过星际介质中的其他几团冷云。在未来一百万年左右的时间里,太阳可能还会遇到更多的冷云。

奥弗和她的同事们目前正在努力追踪700万年前甚至更早的太阳位置。利用欧洲航天局盖亚任务收集的数据,可以精确定位数百万年前太阳的位置以及冷云系统,该任务正在构建银河系最大的3D地图,并以前所未有的方式观察恒星的移动速度。

奥弗说:“这片云确实存在于我们的过去,如果我们穿越如此巨大的物质,我们就会暴露在星际介质中。”穿越如此多的氢和放射性物质的路径的影响尚不清楚,因此奥弗和她在波士顿大学SHIELD(氢离子交换和大规模动力学太阳风)DRIVE科学中心的团队目前正在探索它可能对地球辐射以及大气和气候产生的影响。

“这只是个开始,”奥弗说。她希望这篇论文能为进一步探索太阳系在遥远的过去如何受到外界力量的影响以及这些力量如何反过来塑造我们星球上的生命打开大门。

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