Πότε η Γη θα ξεπεραστεί από μια έκρηξη ακτίνων γάμμα και γιατί όλα τα ζωντανά όντα θα πεθάνουν

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Όπως γράφει ο Plait στο Death From Above, μια έκρηξη ακτίνων γάμμα είναι το πιο εντυπωσιακό γεγονός από τη Μεγάλη Έκρηξη. Καμία τέτοια έκρηξη δεν επαναλαμβάνει άλλη, αλλά όλες προκύπτουν λόγω καταστροφών γαλαξιακής κλίμακας: όταν πολύ μεγάλα αστέρια πεθαίνουν, παύουν να «καίγονται» και καταρρέουν υπό την επίδραση της δικής τους βαρύτητας ή, πιθανώς, λόγω της σύγκρουσης δύο αστέρων νετρονίων (αντικείμενα στο μέγεθος της πόλης, αλλά με μάζα, όπως ένας ή δύο Ήλιοι).

Σε τέτοιες περιπτώσεις, η ενέργεια εκτοξεύεται όχι ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά σε κατευθυνόμενες δέσμες. Αυτό το γεγονός είναι τόσο μεγαλειώδες που μερικές φορές μπορεί να το δει κανείς με γυμνό μάτι για δισεκατομμύρια (!) έτη φωτός. Τι θα συμβεί αν μια τέτοια δέσμη χτυπήσει τη Γη;

Ας υποθέσουμε ότι το GRB συνέβη πολύ κοντά: 100 έτη φωτός μακριά. Ακόμη και σε τόσο κοντινή απόσταση, η διάμετρος της δέσμης έκρηξης ακτίνων γάμμα θα ήταν γιγάντια, 80 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Αυτό σημαίνει ότι ολόκληρη η Γη, ολόκληρο το ηλιακό σύστημα θα καταπιούνταν από αυτήν, όπως ένας ψύλλος άμμου που συλλαμβάνεται από ένα τσουνάμι.

Ευτυχώς, τα GRB είναι σχετικά βραχύβια, οπότε η δέσμη θα μας χτυπήσει σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο έως αρκετά λεπτά. Η μέση έκρηξη διαρκεί περίπου δέκα δευτερόλεπτα.

Αυτό δεν είναι μεγάλο σε σύγκριση με την περιστροφή της Γης, έτσι η δέσμη θα χτυπούσε μόνο ένα ημισφαίριο. Το δεύτερο ημισφαίριο θα ήταν σχετικά ασφαλές … τουλάχιστον για κάποιο χρονικό διάστημα. Οι πιο τρομερές συνέπειες θα ήταν σε σημεία ακριβώς κάτω από την έκρηξη ακτίνων γάμμα (όπου η έκλαμψη θα ήταν ορατή απευθείας πάνω από το κεφάλι, στο ζενίθ) και ελάχιστες όπου η έκλαμψη θα ήταν ορατή στον ορίζοντα. Ωστόσο, όπως θα δούμε, κανένα μέρος στη Γη δεν θα ήταν απολύτως ασφαλές.

Η αχαλίνωτη ενέργεια που θα πεταχτεί στη Γη είναι συντριπτική. Αυτό είναι κάτι περισσότερο από τους χειρότερους εφιάλτες του Ψυχρού Πολέμου: είναι σαν να πυροδοτείτε μια πυρηνική βόμβα ενός μεγατόνων από την πλευρά μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα σε κάθε 2,5 km2 του πλανήτη. Αυτό (μάλλον) δεν είναι αρκετό για να κάνει τους ωκεανούς να βράσουν ή να ξεσκίσουν την ατμόσφαιρα από τη Γη, αλλά η καταστροφή θα ήταν πέρα από την κατανόηση.

Λάβετε υπόψη ότι όλα αυτά προέρχονται από ένα αντικείμενο που βρίσκεται σε απόσταση 900 τρισεκατομμυρίων χιλιομέτρων.

Οποιοσδήποτε κοιτούσε τον ουρανό τη στιγμή της λάμψης θα μπορούσε να τυφλωθεί, αν και η κορύφωση της φωτεινότητας στο ορατό εύρος θα μπορούσε πιθανώς να επιτευχθεί μόνο μετά από λίγα δευτερόλεπτα - αρκετά για να πτοηθεί και να στραφεί. Όχι ότι βοήθησε πολύ.

Όσοι εκείνη τη στιγμή θα είχαν πιαστεί στο δρόμο θα είχαν μεγάλα προβλήματα. Ακόμα κι αν δεν είχαν καεί από τη ζέστη -και θα είχαν καεί- θα είχαν λάβει ακαριαία ένα θανατηφόρο έγκαυμα από ένα τεράστιο ρεύμα υπεριώδους ακτινοβολίας. Το στρώμα του όζοντος θα καταστρεφόταν κυριολεκτικά αμέσως και η υπεριώδης ακτινοβολία τόσο από την έκρηξη των ακτίνων γάμμα όσο και από τον Ήλιο θα έφτανε ελεύθερα στην επιφάνεια της Γης, καθιστώντας την, καθώς και τους ωκεανούς, άγονους σε βάθος αρκετών μέτρων.

Και αυτό είναι μόνο από την υπεριώδη ακτινοβολία και τη θερμότητα. Φαίνεται σκληρό να αναφέρουμε ακόμη και τις πολύ, πολύ χειρότερες επιπτώσεις της έκθεσης σε ακτίνες γάμμα και ακτίνες Χ.

Αντίθετα, ας ξεφύγουμε λίγο. Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι απίστευτα σπάνιες. Ενώ πιθανότατα συμβαίνουν πολλές φορές την ημέρα κάπου στο σύμπαν, το ίδιο το σύμπαν είναι πολύ μεγάλο. Επί του παρόντος, η πιθανότητα ένα από αυτά να συμβεί σε απόσταση 100 ετών φωτός από εμάς είναι μηδενική. Τέλειο, απόλυτο μηδέν. Δεν υπάρχουν απολύτως αστέρια κοντά μας που θα μπορούσαν, καταρχήν, να δημιουργήσουν μια έκρηξη ακτίνων γάμμα. Ο πλησιέστερος υποψήφιος σουπερνόβα είναι πιο μακριά και τα GRB είναι πολύ πιο σπάνια από τα σουπερνόβα.

Νιώθω καλύτερα? Εντάξει. Τώρα ας δοκιμάσουμε μια πιο ρεαλιστική προσέγγιση. Ποιος είναι ο πλησιέστερος υποψήφιος για πηγές ριπής ακτίνων γάμμα;

Στον ουρανό του νότιου ημισφαιρίου υπάρχει ένα απαράμιλλο αστέρι με γυμνό μάτι. Ονομάζεται Eta Carinae, ή απλά Eta, ένα αμυδρό αστέρι σε ένα πλήθος φωτεινότερων αστεριών. Ωστόσο, το αχνό φως της ξεγελάει, κρύβοντας την οργή της πίσω από αυτό. Είναι στην πραγματικότητα περίπου 7.500 έτη φωτός μακριά - στην πραγματικότητα, το πιο μακρινό αστέρι που μπορεί να δει κανείς με γυμνό μάτι.

Το ίδιο το αστέρι (στην πραγματικότητα, το Eta μπορεί να είναι ένα δυαδικό σύστημα, δύο αστέρια που περιστρέφονται το ένα γύρω από το άλλο. Το υλικό που περιβάλλει το αστέρι δίνει τόση φωτεινότητα και παρεμβολή που οι αστρονόμοι δεν είναι ακόμα εκατό τοις εκατό σίγουροι) είναι ένα τέρας: η μάζα του μπορεί να είναι 100 φορές τη μάζα του Ήλιου ή περισσότερο, και εκπέμπει 5 εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από τον Ήλιο - σε ένα δευτερόλεπτο εκπέμπει τόσο φως όσο θα εκπέμπει ο Ήλιος σε δύο μήνες. Από καιρό σε καιρό, η Eta έχει σπασμούς και εκτοξεύει τεράστιες ποσότητες ύλης. Το 1843, είχε μια τόσο βίαιη κρίση που έγινε το δεύτερο φωτεινότερο αστέρι στον ουρανό, ακόμη και σε τόσο μεγάλη απόσταση. Πέταξε έξω γιγαντιαίες ποσότητες ύλης άνω των δέκα φορές της μάζας του Ήλιου με ταχύτητες άνω του 1,5 εκατομμυρίου km/h. Σήμερα βλέπουμε τις συνέπειες αυτής της έκρηξης με τη μορφή δύο τεράστιων νεφών αποκλίνουσας ύλης, παρόμοια με τη βολή ενός διαστημικού όπλου. Αυτό το γεγονός ήταν σχεδόν εξίσου ισχυρό με το σουπερνόβα.

Το Eta έχει όλα τα χαρακτηριστικά μιας επικείμενης GRB. Σίγουρα θα εκραγεί σαν σουπερνόβα, αλλά δεν είναι γνωστό αν θα είναι μια έκρηξη ακτίνων γάμμα τύπου υπερκαινοφανούς ή όχι. Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι εάν εκραγεί και εκπέμψει μια έκρηξη ακτίνων γάμμα, ο προσανατολισμός αυτού του συστήματος είναι τέτοιος ώστε η δέσμη να μην χτυπήσει τη Γη. Μπορούμε να το προσδιορίσουμε από τη γεωμετρία των νεφών αερίου που εκτοξεύτηκαν κατά την κατάσχεση του 1843: τα τμήματα του διογκούμενου αερίου γέρνουν σε σχέση με εμάς σε γωνία περίπου 45° και τυχόν εκρήξεις ακτίνων γάμμα θα κατευθυνθούν κατά μήκος αυτού του άξονα. Επιτρέψτε μου να εξηγήσω πιο συγκεκριμένα: βραχυπρόθεσμα ή και μεσοπρόθεσμα, η έκρηξη ακτίνων γάμμα από το Eta ή αλλού δεν μας απειλεί.

Αλλά εξακολουθεί να είναι ενδιαφέρον να αναλογιστούμε «τι θα γινόταν αν». Τι κι αν η Eta μας είχε βάλει στο στόχαστρο και μετατρεπόταν σε υπερκαινοφανή; Τι θα γινόταν τότε;

Και πάλι, τίποτα καλό. Παρά το γεγονός ότι δεν θα πλησίαζε καν σε φωτεινότητα στον Ήλιο, θα ήταν τόσο φωτεινό όσο η Σελήνη, ή ακόμα και δέκα φορές πιο φωτεινό. Δεν θα μπορούσατε να το κοιτάξετε χωρίς να στραβοκοιτάζετε, αλλά αυτή η φωτεινότητα θα διαρκούσε μόνο λίγα δευτερόλεπτα ή λεπτά, επομένως πιθανότατα δεν θα υπήρχε καμία μακροπρόθεσμη ζημιά στους κύκλους ζωής της χλωρίδας ή της πανίδας.

Η υπεριώδης δέσμη θα ήταν έντονη αλλά σύντομη. Οι άνθρωποι σε εξωτερικούς χώρους θα βιώσουν μέτρια ηλιακά εγκαύματα, αλλά είναι πιθανό να μην υπάρξει στατιστικά σημαντική αύξηση στη συχνότητα εμφάνισης καρκίνου του δέρματος στο μέλλον.

Αλλά με τις ακτίνες γάμμα και τις ακτίνες Χ, η κατάσταση είναι εντελώς διαφορετική. Η ατμόσφαιρα της Γης θα απορροφούσε αυτούς τους τύπους ακτινοβολίας και οι συνέπειες θα ήταν πολύ χειρότερες από ό,τι στην περίπτωση ενός κοντινού σουπερνόβα.

Η πιο άμεση συνέπεια θα ήταν ένας ισχυρός ηλεκτρομαγνητικός παλμός, πολύ πιο ισχυρός από αυτόν που δημιουργήθηκε στη Χαβάη κατά τις πυρηνικές δοκιμές της συσκευής Starfish Prime. Σε αυτήν την περίπτωση, το EMP (ηλεκτρομαγνητικός παλμός - περίπου TASS) θα κατέστρεφε αμέσως οποιαδήποτε μη θωρακισμένη ηλεκτρονική συσκευή σε αυτό το ημισφαίριο της Γης, που κατευθυνόταν προς την έκρηξη. Υπολογιστές, τηλέφωνα, αεροπλάνα, αυτοκίνητα, οποιοδήποτε αντικείμενο με ηλεκτρονικά θα σταματούσαν να λειτουργούν. Αυτό ισχύει επίσης για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας: τεράστια ρεύματα θα εγχυθούν στις γραμμές ηλεκτροδότησης, προκαλώντας υπερφόρτωσή τους. Οι άνθρωποι θα έμεναν χωρίς ηλεκτρισμό και χωρίς κανένα μέσο επικοινωνίας μεγάλων αποστάσεων (ο εξοπλισμός όλων των δορυφόρων θα είχε καεί ούτως ή άλλως από την ακτινοβολία γάμμα). Αυτό δεν θα ήταν απλώς μια ταλαιπωρία, διότι σημαίνει ότι τα νοσοκομεία, οι πυροσβεστικές υπηρεσίες και άλλες υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης θα έμειναν επίσης χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα.

Αλλά, όπως θα δούμε σε λίγο, μπορεί να μην χρειαστούμε υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης …

Οι συνέπειες για την ατμόσφαιρα της Γης θα ήταν σοβαρές. Οι επιστήμονες μελετούν προσεκτικά αυτή την κατάσταση. Χρησιμοποιώντας τα ίδια μοντέλα που περιγράφονται στο Κεφάλαιο 3, και υποθέτοντας ότι το GRB προήλθε από την απόσταση της Eta, προσδιόρισαν ποιες θα ήταν οι συνέπειες. Και αυτές οι συνέπειες δεν είναι καθόλου ενθαρρυντικές.

Το στρώμα του όζοντος θα χτυπηθεί σκληρά. Οι ακτίνες γάμμα από την έκρηξη θα κατέστρεφαν εντελώς τα μόρια του όζοντος. Η στιβάδα του όζοντος παγκοσμίως θα μειωνόταν κατά μέσο όρο κατά 35%, και σε ορισμένες επιλεγμένες περιοχές θα μειωνόταν περισσότερο από 50%. Αυτό είναι απίστευτα επιβλαβές από μόνο του - λάβετε υπόψη σας, τα τρέχοντα προβλήματα με το όζον προκαλούνται από μια σχετικά μικρή πτώση, μόνο 3% περίπου.

Οι συνέπειες αυτού είναι πολύ μακροπρόθεσμες και μπορεί να διαρκέσουν για χρόνια - ακόμη και μετά από πέντε χρόνια, το στρώμα του όζοντος μπορεί να παραμείνει 10% λεπτότερο. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η υπεριώδης ακτινοβολία από τον Ήλιο θα ήταν πιο έντονη στην επιφάνεια της Γης. Οι μικροοργανισμοί που αποτελούν τη ραχοκοκαλιά της τροφικής αλυσίδας είναι πολύ ευαίσθητοι σε αυτήν. Πολλοί θα πέθαιναν, οδηγώντας στην τελική εξαφάνιση άλλων ειδών υψηλότερα στην τροφική αλυσίδα.

Επιπροσθέτως, το κοκκινοκαφέ διοξείδιο του αζώτου που παράγεται από την έκρηξη ακτίνων γάμμα από την Eta Carina (βλ. Κεφάλαια 2 και 3) θα μείωνε σημαντικά την ποσότητα του ηλιακού φωτός που φτάνει στη Γη.

Οι ακριβείς συνέπειες αυτού είναι δύσκολο να προσδιοριστούν, αλλά φαίνεται πιθανό ότι μια μείωση της ποσότητας του ηλιακού φωτός σε ολόκληρη τη Γη κατά έστω και λίγο τοις εκατό (το διοξείδιο του αζώτου θα εξαπλωθεί σε όλη την ατμόσφαιρα) θα οδηγούσε σε σημαντική ψύξη της Γης και θα μπορούσε, πιθανώς, να γίνει ένας παράγοντας έναρξης για την εποχή των παγετώνων.

Επιπλέον, θα υπήρχε αρκετό νιτρικό οξύ στο χημικό μείγμα που θα αντιπροσώπευε η όξινη βροχή, και αυτό θα είχε επίσης θεωρητικά καταστροφικές συνέπειες για το περιβάλλον.

Στη συνέχεια, υπάρχει πρόβλημα με υποατομικά σωματίδια (κοσμικές ακτίνες) από την έκρηξη. Η ζημιά που θα προκλήθηκε από αυτούς δεν είναι γνωστή συγκεκριμένα. Όμως, όπως συζητήσαμε στα Κεφάλαια 2 και 3, τα σωματίδια υψηλής ενέργειας μπορούν να έχουν μεγάλη ποικιλία συνεπειών στη Γη. Μια έκρηξη ακτίνων γάμμα 7.500 έτη φωτός μακριά θα έστελνε έναν τεράστιο αριθμό υποατομικών σωματιδίων στην ατμόσφαιρά μας και θα πετούσαν με ταχύτητα ελαφρώς μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Λίγες μόνο ώρες αφότου εμφανίστηκε το ξέσπασμα, θα είχαν ήδη ξεσπάσει στην ατμόσφαιρά μας, ρίχνοντας μια βροχή από μιόνια. Παρατηρούμε συνεχώς μιόνια που φτάνουν από το διάστημα, αλλά σε μικρές ποσότητες. Ωστόσο, ένα κοντινό GRB θα δημιουργούσε μια μάζα μιονίων. Μια ομάδα αστρονόμων υπολόγισε ότι έως και 46 δισεκατομμύρια μιόνια ανά cm2 θα έπεφταν στην επιφάνεια της Γης σε ολόκληρο το ημισφαίριο έκρηξης. Κάτι που παίρνετε από αυτό, τότε απλώς θυμηθείτε ότι μια κοντινή έκρηξη ακτινοβολίας γάμμα είναι κακή - σημείωση του συγγραφέα). Φαίνεται ότι αυτό είναι πολύ - καλά, ναι, είναι. Αυτά τα σωματίδια θα ξεπηδήσουν από τον ουρανό και θα απορροφηθούν από οτιδήποτε μπει στο δρόμο τους. Λαμβάνοντας υπόψη πόσο καλά οι ιστοί του σώματος μπορούν να απορροφήσουν μιόνια, οι αστρονόμοι που έκαναν τον υπολογισμό διαπίστωσαν ότι ένα απροστάτευτο άτομο θα λάμβανε δόση ακτινοβολίας δεκάδες φορές μεγαλύτερη από τη θανατηφόρα δόση. Η απόκρυψη δεν θα βοηθήσει πολύ: τα μιόνια μπορούν να διεισδύσουν στο νερό σε βάθος σχεδόν 2 km και έως και 800 m σε βράχους! Επομένως, σχεδόν όλη η ζωή στη Γη θα επηρεαζόταν.

Επομένως, η καταστροφή του όζοντος δεν θα ήταν τόσο μεγάλη υπόθεση. Μέχρι να γίνει πρόβλημα, τα περισσότερα από τα ζώα και τα φυτά στη Γη θα είχαν πεθάνει εδώ και πολύ καιρό.

Αυτό είναι το εφιαλτικό σενάριο που περιγράφεται στην αρχή αυτού του κεφαλαίου. Ωστόσο, πριν αρχίσετε να πανικοβάλλεστε, θυμηθείτε: η πιθανή έκρηξη ακτίνων γάμμα της Eta Carina σίγουρα δεν θα κατευθυνθεί προς την κατεύθυνση μας. Αλλά προτού ολοκληρώσουμε, θα πω ότι υπάρχει ένας άλλος πιθανός πρόγονος της έκρηξης ακτίνων γάμμα, τον οποίο πρέπει να θυμόμαστε. Ονομάζεται WR 104 και συμπτωματικά απέχει περίπου την ίδια απόσταση από εμάς με το Eta. Το WR 104 είναι ένα δυαδικό σύστημα, ένα από τα αστέρια του οποίου είναι ένα φουσκωμένο τεράστιο θηρίο που πλησιάζει στο τέλος της ζωής του. Μπορεί να εκραγεί, εκπέμποντας μια έκρηξη ακτίνων γάμμα και μπορεί να στοχεύει λίγο πολύ σε εμάς, αλλά και οι δύο αυτές υποθέσεις είναι ανακριβείς. Κατά πάσα πιθανότητα ούτε αυτό το τέρας μας απειλεί, αλλά αξίζει να το αναφέρουμε.