Kiedy Ziemia zostanie zalana przez rozbłysk gamma i dlaczego wszystkie żywe istoty umrą?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Jak pisze Plait w Death From Above, rozbłysk gamma jest najbardziej uderzającym wydarzeniem od czasu Wielkiego Wybuchu. Żaden taki wybuch nie powtarza się, ale wszystkie powstają z powodu katastrof o skali galaktycznej: kiedy bardzo duże gwiazdy umierają, przestają „palić się” i zapadają pod wpływem własnej grawitacji lub prawdopodobnie w wyniku zderzenia dwóch gwiazd neutronowych (obiekty wielkości miasta, ale o masie, jak jedno lub dwa słońca).

W takich przypadkach energia jest wyrzucana nie równomiernie we wszystkich kierunkach, ale w wiązkach skierowanych. To wydarzenie jest tak imponujące, że czasami można je zobaczyć gołym okiem przez miliardy (!) lat świetlnych. Co się stanie, jeśli taki promień uderzy w Ziemię?

Załóżmy, że GRB zdarzyło się bardzo blisko: 100 lat świetlnych stąd. Nawet z tak bliskiej odległości średnica wiązki promieniowania gamma byłaby gigantyczna, 80 bilionów km. Oznacza to, że cała Ziemia, cały Układ Słoneczny zostałby przez nią pochłonięty, jak pchła piaskowa schwytana przez tsunami.

Na szczęście GRB są stosunkowo krótkotrwałe, więc promień uderzy w nas w mniej niż sekundę do kilkunastu minut. Przeciętny wybuch trwa około dziesięciu sekund.

Nie jest to dużo w porównaniu z obrotem Ziemi, więc promień uderzyłby tylko w jedną półkulę. Druga półkula byłaby względnie bezpieczna… przynajmniej przez jakiś czas. Najstraszniejsze konsekwencje byłyby w miejscach bezpośrednio pod rozbłyskiem gamma (gdzie rozbłysk byłby widoczny bezpośrednio nad głową, w zenicie), a minimalne tam, gdzie rozbłysk byłby widoczny na horyzoncie. Ale mimo wszystko, jak zobaczymy, żadne miejsce na Ziemi nie byłoby całkowicie bezpieczne.

Nieokiełznana energia, która zostałaby zrzucona na Ziemię, jest przytłaczająca. To więcej niż najgorsze koszmary zimnej wojny: to jak detonacja jednej megatonowej bomby atomowej od strony rozbłysku gamma na każdym 2,5 km2 powierzchni planety. To (prawdopodobnie) nie wystarczy, aby zagotować oceany lub wyrwać atmosferę z Ziemi, ale zniszczenie byłoby niewyobrażalne.

Pamiętaj, że wszystko to pochodzi z obiektu znajdującego się w odległości 900 bilionów km.

Każdy patrzący w niebo w momencie błysku mógł oślepnąć, choć szczyt jasności w zakresie widzialnym zostałby prawdopodobnie osiągnięty dopiero po kilku sekundach – wystarczyło, by wzdrygnąć się i odwrócić. Nie żeby to bardzo pomogło.

Ci, którzy w tym momencie zostaliby złapani na ulicy, mieliby spore problemy. Nawet gdyby nie zostały spalone przez ciepło - a byłyby - natychmiast doznałyby śmiertelnego oparzenia ogromnym strumieniem promieniowania ultrafioletowego. Warstwa ozonowa zostałaby dosłownie natychmiast zniszczona, a promieniowanie UV zarówno z rozbłysku gamma, jak i Słońca swobodnie dotarłoby do powierzchni Ziemi, czyniąc ją, podobnie jak oceany, jałową do głębokości kilku metrów.

A to tylko z promieniowania UV i ciepła. Nawet wspominanie o znacznie gorszych skutkach ekspozycji na promieniowanie gamma i rentgenowskie wydaje się okrutne.

Zamiast tego zróbmy małą dygresję. Rozbłyski gamma są niezwykle rzadkie. Chociaż najprawdopodobniej występują one kilka razy dziennie gdzieś we wszechświecie, sam wszechświat jest bardzo duży. Obecnie prawdopodobieństwo, że któryś z nich wystąpi w odległości 100 lat świetlnych od nas wynosi zero. Idealne, absolutne zero. W pobliżu nie ma absolutnie żadnych gwiazd, które mogłyby w zasadzie wygenerować rozbłysk gamma. Najbliższa kandydatka na supernową znajduje się dalej, a GRB są znacznie rzadsze niż supernowe.

Czuć się lepiej? Dobra. Spróbujmy teraz bardziej realistycznego podejścia. Jaki jest najbliższy kandydat na źródła rozbłysków gamma?

Na niebie półkuli południowej widać gołym okiem nijaką gwiazdę. Nazywa się Eta Carinae lub po prostu Eta, słaba gwiazda w tłumie jaśniejszych gwiazd. Jednak jej przyćmione światło jest zwodnicze, ukrywając za sobą jej wściekłość. W rzeczywistości jest odległa o około 7500 lat świetlnych - w rzeczywistości jest to najdalsza gwiazda, którą można zobaczyć gołym okiem.

Sama gwiazda (w rzeczywistości Eta może być układem podwójnym, dwie gwiazdy krążą wokół siebie. Materia otaczająca gwiazdę daje tyle jasności i zakłóceń, że astronomowie wciąż nie są w stu procentach pewni) jest potworem: jej masa może wynosić 100 masa Słońca lub więcej i emituje 5 milionów razy więcej energii niż Słońce - w ciągu jednej sekundy emituje tyle światła, ile Słońce wyemituje w ciągu dwóch miesięcy. Od czasu do czasu Eta ma spazmy i wypluwa ogromne ilości materii. W 1843 miała tak gwałtowny atak, że stała się drugą najjaśniejszą gwiazdą na niebie, nawet z tak dużej odległości. Wyrzuciła gigantyczne ilości materii przekraczające dziesięciokrotnie masę Słońca z prędkością przekraczającą 1,5 miliona km/h. Dziś widzimy konsekwencje tej eksplozji w postaci dwóch ogromnych chmur rozbieżnej materii, podobnych do wystrzału kosmicznego działa. To wydarzenie było prawie tak potężne jak supernowa.

Eta ma wszystkie znamiona zbliżającego się GRB. Z pewnością wybuchnie jak supernowa, ale nie wiadomo, czy będzie to rozbłysk gamma typu hipernowej, czy nie. Należy również zauważyć, że jeśli wybuchnie i wyemituje rozbłysk gamma, orientacja tego układu jest taka, że wiązka nie uderzy w Ziemię. Możemy to określić na podstawie geometrii obłoków gazu wyrzuconych podczas przejmowania w 1843 roku: porcje pęczniejącego gazu są nachylone względem nas pod kątem około 45 °, a wszelkie rozbłyski gamma byłyby skierowane wzdłuż tej osi. Pozwólcie, że wyjaśnię dokładniej: w krótkim lub nawet średnim okresie rozbłysk gamma z Eta lub gdzie indziej nam nie zagraża.

Ale nadal interesujące jest zastanowienie się „a co jeśli”. Co by było, gdyby Eta namierzyła nas i zamieniła się w hipernową? Co by się wtedy stało?

Znowu nic dobrego. Pomimo tego, że nie zbliżyłaby się nawet jasnością do Słońca, byłaby tak jasna jak Księżyc, a nawet dziesięciokrotnie jaśniejsza. Nie można na nią patrzeć bez mrużenia oczu, ale ta jasność trwałaby tylko kilka sekund lub minut, więc prawdopodobnie nie byłoby żadnych długotrwałych uszkodzeń cykli życiowych flory lub fauny.

Promień ultrafioletowy byłby intensywny, ale krótki. Ludzie przebywający na zewnątrz doświadczyliby umiarkowanego oparzenia słonecznego, ale prawdopodobnie nie będzie statystycznie istotnego wzrostu zachorowalności na raka skóry w przyszłości.

Ale w przypadku promieniowania gamma i rentgenowskiego sytuacja jest zupełnie inna. Atmosfera ziemska pochłaniałaby tego typu promieniowanie, a konsekwencje byłyby znacznie gorsze niż w przypadku pobliskiej supernowej.

Najbardziej bezpośrednią konsekwencją byłby potężny impuls elektromagnetyczny, znacznie silniejszy niż ten generowany na Hawajach podczas testów jądrowych urządzenia Starfish Prime. W tym przypadku EMP (impuls elektromagnetyczny - ok. TASS) natychmiast zniszczyłby każde nieekranowane urządzenie elektroniczne na tej półkuli Ziemi, które zostało skierowane w stronę wybuchu. Komputery, telefony, samoloty, samochody, wszelkie przedmioty z elektroniką przestałyby działać. Dotyczy to również systemów elektroenergetycznych: do linii energetycznych wstrzykiwane byłyby ogromne prądy, powodując ich przeciążenie. Ludzie byliby pozbawieni elektryczności i środków komunikacji na duże odległości (i tak sprzęt wszystkich satelitów wypaliłby się od promieniowania gamma). Nie byłaby to tylko niedogodność, ponieważ oznaczałoby to, że szpitale, straż pożarna i inne służby ratunkowe również byłyby bez prądu.

Ale, jak zobaczymy za chwilę, możemy nie potrzebować służb ratunkowych…

Konsekwencje dla atmosfery ziemskiej byłyby dotkliwe. Naukowcy dokładnie badają tę sytuację. Korzystając z tych samych modeli, które opisano w rozdziale 3, i zakładając, że GRB pochodzi z odległości Ety, określili, jakie będą tego konsekwencje. A te konsekwencje wcale nie są zachęcające.

Warstwa ozonowa zostałaby mocno uderzona. Promienie gamma z rozbłysku całkowicie zniszczyłyby cząsteczki ozonu. Warstwa ozonowa na całym świecie zostałaby zmniejszona średnio o 35%, aw niektórych wybranych regionach o ponad 50%. To samo w sobie jest niezwykle szkodliwe - pamiętaj, że nasze obecne problemy z ozonem są spowodowane stosunkowo niewielkim spadkiem, tylko 3%.

Konsekwencje tego są bardzo długotrwałe i mogą trwać latami – nawet po pięciu latach warstwa ozonowa może pozostać o 10% cieńsza. W tym czasie promieniowanie UV ze Słońca byłoby bardziej intensywne na powierzchni Ziemi. Mikroorganizmy tworzące kręgosłup łańcucha pokarmowego są na niego bardzo wrażliwe. Wielu zginęłoby, co doprowadziłoby do ostatecznego wyginięcia innych gatunków znajdujących się wyżej w łańcuchu pokarmowym.

Na domiar złego czerwonobrązowy dwutlenek azotu generowany przez rozbłysk gamma z Eta Carina (patrz rozdziały 2 i 3) znacznie zmniejszyłby ilość światła słonecznego docierającego do Ziemi.

Dokładne konsekwencje tego są trudne do ustalenia, ale wydaje się prawdopodobne, że zmniejszenie ilości światła słonecznego na całej Ziemi nawet o kilka procent (dwutlenek azotu rozprzestrzeniłby się w atmosferze) doprowadziłoby do znacznego ochłodzenia Ziemi i przypuszczalnie stać się czynnikiem inicjującym epokę lodowcową.

Ponadto w mieszaninie chemicznej byłaby wystarczająca ilość kwasu azotowego, aby reprezentować kwaśne deszcze, a to również teoretycznie miałoby katastrofalne skutki dla środowiska.

Następnie pojawia się problem z cząstkami subatomowymi (promienie kosmiczne) z rozbłysku. Jakie szkody by z nich wyrządziły, nie wiadomo konkretnie. Jednak, jak omówiliśmy w rozdziałach 2 i 3, wysokoenergetyczne cząstki mogą mieć wiele konsekwencji na Ziemi. Rozbłysk gamma oddalony o 7500 lat świetlnych wysłałby do naszej atmosfery ogromną liczbę cząstek subatomowych, które leciałyby z prędkością nieco mniejszą niż prędkość światła. Zaledwie kilka godzin po pojawieniu się wybuchu, wdarłyby się już w naszą atmosferę, wylewając deszcz mionów. Nieustannie obserwujemy miony przybywające z kosmosu, ale w niewielkich ilościach. Jednak pobliski GRB generowałby masę mionów. Jedna z grup astronomów obliczyła, że na powierzchnię Ziemi na całej półkuli rozbłysku spadnie do 46 miliardów mionów na cm2.. Coś z tego wynika, to pamiętaj tylko, że pobliski rozbłysk promieniowania gamma jest zły - przyp. Wydaje się, że to dużo – no tak, jest. Cząstki te spadałyby kaskadą z nieba i były pochłaniane przez wszystko, co stanie im na drodze. Biorąc pod uwagę, jak dobrze tkanki ciała mogą absorbować miony, astronomowie, którzy przeprowadzili obliczenia, stwierdzili, że osoba niechroniona otrzymałaby dawkę promieniowania dziesiątki razy wyższą niż dawka śmiertelna. Ukrywanie się niewiele pomoże: miony mogą wnikać do wody na głębokość prawie 2 km i nawet do 800 m w skały! Dlatego wpłynęłoby to na prawie całe życie na Ziemi.

Więc ubytek warstwy ozonowej nie byłby tak wielkim problemem. Zanim stało się to problemem, większość zwierząt i roślin na Ziemi byłaby już martwa dawno temu.

Tak wygląda koszmarny scenariusz opisany na początku tego rozdziału. Zanim jednak zaczniesz panikować, pamiętaj: możliwy rozbłysk gamma Eta Carina z pewnością nie zostanie skierowany w naszym kierunku. Ale zanim zakończymy, powiem, że istnieje inny możliwy protoplasta rozbłysku gamma, o którym musimy pamiętać. Nazywa się WR 104 i przypadkowo znajduje się w tej samej odległości od nas co Eta. WR 104 to układ podwójny, którego jedną z gwiazd jest rozdęta, masywna bestia zbliżająca się do końca życia. Może eksplodować, emitując rozbłysk gamma i może być mniej lub bardziej wycelowany w nas, ale oba te założenia są niedokładne. Najprawdopodobniej ten potwór też nam nie zagraża, ale warto o tym wspomnieć.