أظهرت العواصف الشمسية الشفقية الرائعة التي حدثت في أوائل شهر مايو من هذا العام قوة الإشعاع المنبعث، لكن في بعض الأحيان تقوم الشمس بشيء أكثر تدميراً. تسمى هذه الانفجارات من البروتونات مباشرة من سطح الشمس باسم “أحداث الجسيمات الشمسية”، ويمكن أن تنطلق مثل كشاف ضوئي في الفضاء.

تشير السجلات إلى أن الأرض تتعرض لحدث جسيمي شمسي شديد كل ألف عام، مما يتسبب في أضرار جسيمة لطبقة الأوزون ويزيد من مستوى الأشعة فوق البنفسجية على السطح.

قمنا بتحليل ما يحدث خلال حدث متطرف ورق تم النشر في 1 يوليو وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. ونظهر أيضًا أنه في الأوقات التي يكون فيها المجال المغناطيسي للأرض ضعيفًا، يمكن أن يكون لهذه الأحداث تأثير كبير على الحياة في جميع أنحاء الكوكب.

الدرع المغناطيسي المهم للأرض

يحرف المجال المغناطيسي للأرض الإشعاعات المشحونة كهربائيًا عن الشمس، مما يوفر شبكة أمان مهمة للحياة. في الظروف العادية، يعمل كقضيب مغناطيسي عملاق مع خطوط مجال ترتفع من أحد القطبين، وتدور وتتراجع عند القطب الآخر، وتوصف أحيانًا بأنها “شجرة العنب العكسية”. يسمح الاتجاه الرأسي عند القطبين لبعض الإشعاعات الكونية المؤينة بالاختراق إلى الغلاف الجوي العلوي، حيث تتفاعل مع جزيئات الغاز وتنتج ضوءًا يعرف باسم الشفق القطبي.

ومع ذلك، فإن المجال يتغير بشكل كبير مع مرور الوقت. على مدار القرن الماضي، كان القطب المغناطيسي الشمالي يتجول عبر شمال كندا بمعدل 40 كيلومترًا سنويًا، مما أدى إلى ضعف المجال المغناطيسي. فوق 6%. يُظهر السجل الجيولوجي فترات قرون أو آلاف السنين عندما كان المجال المغناطيسي للأرض ضعيفًا جدًا أو غائبًا تمامًا.

يمكننا أن نرى ما يمكن أن يحدث بدون المجال المغناطيسي للأرض من خلال النظر إلى المريخ، الذي فقد مجاله المغناطيسي العالمي في العصور القديمة وبالتالي فقد الكثير من غلافه الجوي. في شهر مايو، بعد أورورا، ضرب حدث جسيمي شمسي قوي المريخ. وتسبب في تعطيل سير العمل أوديسي المريخ المركبة الفضائية، وكانت مستويات الإشعاع على سطح المريخ أعلى 30 مرة مما قد تحصل عليه أثناء تصوير الصدر بالأشعة السينية.

طاقة البروتونات

يصدر الغلاف الجوي الخارجي للشمس تيارًا متقلبًا مستمرًا من الإلكترونات والبروتونات يسمى “الرياح الشمسية”. ومع ذلك، فإن سطح الشمس يصدر أحيانًا دفعات من الطاقة على شكل أحداث جسيمية شمسية، معظمها بروتونات، والتي غالبًا ما ترتبط بالتوهجات الشمسية.

البروتونات أثقل بكثير وتحمل طاقة أكبر من الإلكترونات، لذلك تصل إلى ارتفاعات أقل في الغلاف الجوي للأرض من جزيئات الغاز المثارة في الهواء. ومع ذلك، فإن هذه الجزيئات المثارة تنبعث منها فقط الأشعة السينية، وهي غير مرئية للعين المجردة.

تحدث المئات من أحداث الجسيمات الشمسية الضعيفة في كل دورة شمسية (حوالي 11 عامًا)، لكن العلماء وجدوا آثارًا لأحداث أقوى بكثير عبر تاريخ الأرض. وبعض هذه الحالات الأكثر تطرفًا أقوى بآلاف المرات من أي شيء تم تسجيله بالأدوات الحديثة.

أحداث الجسيمات الشمسية المتطرفة

تحدث هذه الأحداث المتطرفة للجسيمات الشمسية كل بضعة آلاف من السنين تقريبًا. حدث آخرها في عام 993 بعد الميلاد، وتم استخدامه لإظهار استخدام مباني الفايكنج في كندا تم قطع الشجرة عام 1021 م.

أوزون أقل، المزيد من الإشعاع

وإلى جانب تأثيرها المباشر، يمكن لأحداث الجسيمات الشمسية أن تؤدي إلى إطلاق سلسلة من التفاعلات الكيميائية في الغلاف الجوي العلوي والتي يمكن أن تستنزف الأوزون. يمتص الأوزون الأشعة فوق البنفسجية الشمسية الضارة، والتي يمكن أن تلحق الضرر بالبصر والحمض النووي (مما يزيد من خطر الإصابة بسرطان الجلد)، فضلا عن التأثير على المناخ.

ملكنا دراسة جديدةاستخدمنا نماذج حاسوبية كبيرة لكيمياء الغلاف الجوي العالمية لدراسة الآثار المترتبة على الحدث المتطرف للجسيمات الشمسية.

لقد وجدنا أن مثل هذا الحدث من شأنه أن يقلل من مستويات الأوزون لمدة عام، ويرفع مستويات الأشعة فوق البنفسجية على السطح، ويزيد من تلف الحمض النووي. ولكن إذا وقع حدث البروتون الشمسي خلال فترة حيث كان المجال المغناطيسي للأرض في أضعف حالاته، فإن الضرر الذي يلحق بالأوزون سوف يستمر لمدة ستة أعوام، ويزيد من مستويات الأشعة فوق البنفسجية بنسبة 25%، ويزيد معدل تلف الحمض النووي الناجم عن الشمس بنسبة 50%.

انفجارات الجسيمات من الماضي

ما مدى احتمالية حدوث هذا المزيج المميت من المجال المغناطيسي الضعيف وأحداث البروتونات الشمسية الشديدة؟ وبالنظر إلى عدد مرات حدوث كل واحدة منها، يبدو أنها تحدث معًا في كثير من الأحيان نسبيًا.

وفي الواقع، قد يفسر مزيج من هذه الظواهر العديد من الأحداث الغامضة في ماضي الأرض.

بدأت الفترة الأخيرة من المجال المغناطيسي الضعيف – بما في ذلك التحول المؤقت في القطبين الشمالي والجنوبي – منذ 42 ألف عام واستمرت حوالي 1000 عام. العديد من الأحداث التطورية الهامة حدث هذه المرةمثل اختفاء آخر إنسان نياندرتال في أوروبا وانقراض الحيوانات الجرابية الضخمة الومبات العملاقة والكنغر في أستراليا.

وترتبط ظاهرة تطورية أكبر بالمجال المغنطيسي الأرضي للأرض. حدث ظهور الحيوانات متعددة الخلايا بعد 26 مليون سنة، في نهاية العصر الإدياكاري (منذ 565 مليون سنة)، المسجلة في الحفريات من سلسلة جبال فلندرز في جنوب أستراليا. مجال مغناطيسي ضعيف أو غائب.

وبالمثل، فإن التطور السريع لمجموعات مختلفة من الحيوانات خلال الانفجار الكامبري (منذ حوالي 539 مليون سنة) كان مرتبطًا أيضًا بالمغناطيسية الأرضية ومستويات الأشعة فوق البنفسجية العالية. في العديد من المجموعات غير ذات الصلة، هناك تطور متزامن للعيون وأصداف الجسم الصلبة الموصوفة أفضل طريقة لاكتشاف الأشعة فوق البنفسجية الضارة الواردة وتجنبها هي “أثناء التنقل”.

مازلنا في بداية استكشاف دور النشاط الشمسي والمجال المغناطيسي للأرض في تاريخ الحياة.

تم إعادة نشر هذه المقالة محادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. واصل القراءة المقالة الأصلية.