درخشان‌ترین انفجار شناخته‌شده پرتو گاما، بخشی از جو زمین را برای چند دقیقه از بین برد

نهم اکتبر ۲۰۲۲، تلسکوپ‌های مستقر در فضا، فواره‌ای از فوتون‌های پرانرژی را که از میان کیهان به سمت زمین در حرکت بود، شناسایی کردند. این فواره‌ی قدرتمند شاهدی از انفجار یک ابرنواختر در فاصله‌ی ۱٫۹ میلیارد سال نوری از ما بود. چنین رویدادهایی با عنوان انفجار پرتو گاما شناخته می‌شوند و اخترشناسانی که آن‌ها را مطالعه می‌کنند، می‌گویند این رویداد «درخشان‌ترین انفجار پرتو گاما در تمام دوران‌ها» بوده است.

اکنون، تیمی از دانشمندان کشف کرده‌اند که انفجار یادشده موجب تغییر سنجش‌پذیر در شمار ذرات یونیزه‌شده در اتمسفر فوقانی زمین، ازجمله مولکول‌های اوزونی شده است که به آسانی تابش‌های مضر خورشید را جذب می‌کنند.

پیترو اوبرتینی، اخترشناس مؤسسه ملی اخترفیزیک در رم که در کشف رویداد جوی مورد بحث نقش داشت، به‌نقل از نیویورک‌تایمز گفت: «اوزون [در اثر رویداد] تا حدی تحلیل و به‌طور موقت از بین رفت.» این اثر فقط برای چند دقیقه تشخیص‌پذیر بود و اوزون اندکی بعد خود را ترمیم کرد؛ درنتیجه اتفاق مهمی رخ نداد؛ اما اگر آن ابرنواختر نزدیک‌تر به ما اتفاق می‌افتاد، پیامدش می‌توانست فاجعه‌بار باشد.

بیشتر اوزون اتمسفر در لایه‌ی نازکی از استراتوسفر، در ارتفاع تقریباً ۱۶ تا ۴۰ کیلومتری از سطح زمین متمرکز شده است. پژوهشگران به‌تازگی حفره‌ای را در اوزون برفراز جنوبگان کشف کردند که عمدتاً در اثر استفاده از کلروفلوئوروکربن‌ها ایجاد شده بود. این مواد شیمیایی زمانی در اسپری‌های هواپخش و فوم پلاستیکی یافت می‌شدند. لایه اوزون بخش عمده‌ی تابش فرابنفش خورشید را که می‌تواند موجب آفتاب‌سوختگی، سرطان پوست و آسیب به محصولات زراعی شود، جذب می‌کند.

شبیه‌سازی‌های دانشمندان نشان داده است که انفجار پرتو گاما در کهکشان راه شیری ما می‌تواند لایه اوزون استراتوسفر را برای سال‌ها از بین ببرد؛ آنقدر طولانی که موجب انقراض گسترده‌ی حیات خواهد شد. اوزون همچنین در غلظت‌های پایین‌تر در یونوسفر، لایه‌ای از جو که از ارتفاع ۶۰ تا ۵۰۰ کیلومتری امتداد می‌یابد، وجود دارد. در آن ارتفاعات، اوزون اثر محافظتی دارد؛‌ اما بسیار کمتر از ارتفاعات پایین‌تر.

دکتر اوبرتینی و همکارانش برای مطالعه‌ی اثرات انفجار پرتو گاما در سال گذشته روی زمین، از داده‌های ماهواره‌ی لرزه‌ای-الکترومغناطیسی چین استفاده کردند تا سیگنال‌های رویداد را برفراز یونوسفر پیدا کنند. ماهواره‌ی چینی، مدارگردی است که برای مطالعه‌ی تغییرات جوی در هنگام زمین‌لرزه طراحی شده است.

دانشمندان جهشی شدید را در میدان الکتریکی فراز یونوسفر شناسایی کردند و آن را با سیگنال انفجار پرتو گامای اندازه‌گیری‌شده به‌وسیله‌ی فضاپیمای انتگرال از آژانس فضایی اروپا مرتبط دانستند. انتگرال (مخفف آزمایشگاه بین‌المللی اخترفیزیکی پرتو گاما) در سال ۲۰۰۲ برای رصد تابش‌ها از اجرام آسمانی دوردست پرتاب شد.

پژوهشگران دریافتند که با یونیزه‌شدن مولکول‌های اوزون و نیتروژن اتمسفر به‌وسیله‌ی پرتو گاما، میدان الکتریکی تا ۶۰ برابر افزایش یافت. مولکول‌ها به‌محض یونیزه‌شدن دیگر قادر به جذب تابش فرابنفش نیستند و به‌طور موقت زمین را درمعرض بخش بیشتری از این پرتوهای مضر خورشید قرار می‌دهند.

دانشمندان می‌دانستند که انفجارهای پرتو گاما، مولکول‌ها را در بخش پایینی یونوسفر، تا ارتفاع تقریباً ۳۵۰ کیلومتری از سطح زمین یونیزه می‌کنند؛ اما این اولین بار است که آن‌ها ثابت کرده‌اند انفجارهای کیهانی مانند مورد اخیر می‌توانند بر کل یونوسفر اثر بگذارند. پدیده‌های کیهانی دوردست موجب ایجاد آشفتگی‌های جوی بزرگی می‌شوند؛ اما خوشبختانه انفجار پرتو گامای مورد بحث بسیار دور بود و درنتیجه، اثرات آن بیش از آنکه تهدید باشد، به کنجکاوی علمی تبدیل شد.

اگر انفجار پرتو گاما یک میلیون برابر بزرگ‌تر بود، می‌توانست آن‌نقدر اوزون را یونیزه کند که این سد محافظتی سیاره برای روزها یا هفته‌ها تضعیف شود. اما احتمال چنین اتفاقی پایین است. انفجارهایی به قدرتمندی نمونه‌ی سال گذشته، نادر هستند و تنها هر ۱۰هزار سال یک‌بار رخ می‌دهند. همچنین از آنجا که پرتوهای گاما به‌صورت فواره از ابرنواخترها منتشر می‌شوند، برای برخورد با زمین باید در جهت درست قرار گیرند.

خبر خوب این است که اوزون خودش را ترمیم می‌کند. درنهایت، الکترون‌های آزادشده به‌وسیله‌ی مولکول‌های یونیزه‌شده در جو بازپس گرفته می‌شوند. در مورد اخیر، بخشی از سپر زمین که از سیاره دربرابر خطرات وحشتناک فضا محافظت می‌کند، تقریباً بلافاصله بازسازی شد تا برای مدتی بیشتر، زمین و ساکنانش را از تابش‌های مرگبار خورشید در امان نگه دارد.