یک ابر میان‌ستاره‌ای احتمالا موجب آغاز عصر یخبندان روی زمین شد

به باور دانشمندان، زمین در بازه‌ی کوتاهی در حدود دو میلیون سال پیش، احتمالا لایه‌ی محافظتی خود در برابر خورشید را از دست داده و در حین عبور منظومه‌ شمسی از میان ابری متراکم و سرد از گاز و غبار بین ستاره‌ها، با محیط خشنی از فضای میان‌ستاره‌ای روبه‌رو شده بود.

دو میلیون سال پیش، اولین نیاکان انسان سیاره زمین را با موجودات ماقبل تاریخی مثل ماستودون‌ها و ببرهای دندان‌شمشیری شریک بودند. در آن زمان سیاره‌ی ما در میانه‌ی عصر یخبندانی بود که حدود ۱۲ هزار سال پیش به پایان رسید.

عصرهای یخبندان به دلیل عواملی مثل محور یا چرخش زمین، سطح کربن‌دی‌اکسید موجود در جو و جابه‌جایی تکتونیک‌های صفحه‌ای و فوران‌های آتشفشانی در سطح به وجود می‌آیند. با این‌حال با توجه به زمان‌بندی دانشمندان درباره‌ی قرار گرفتن زمین در معرض فضای میان‌ستاره‌ای، این پژوهش نشان می‌دهد که تغییرات بنیادی در اقلیم سیاره‌ی ما، ازجمله شروع و پایان عصرهای یخبندان ممکن است تحت تأثیر موقعیت منظومه شمسی در کهکشان راه شیری بوده باشد.

به‌‌طور دقیق‌تر، پژوهشگرها نشان می‌دهند که منظومه‌ی شمسی در حین حرکت در راه شیری در حدود دو میلیون سال پیش، احتمالا با تکه‌ای متراکم از گاز و غبار میان ستاره‌ای مواجه شده بود. این ابر احتمالا به قدر کافی ضخیم‌ بوده تا با جریان ذرات باردار موسوم به باد خورشیدی منتشرشده از خورشید تداخل پیدا کند و باعث کاهش دمای زمین شود. به گفته‌ی مراف اوفر، فیزیکدان فضا و مؤلف ارشد پژوهش:

این مقاله اولین پژوهش است که به صورت کمّی نشان می‌دهد برخوردی بین خورشید و چیزی خارج از منظومه‌ی شمسی رخ داده و بر اقلیم زمین تأثیر گذاشته است.

منظومه‌ی شمسی ما در «حبابی عظیم» از پلاسمای محافظتی به نام «هلیوسفر» قرار دارد که از خورشید سرچشمه می‌گیرد. این لایه‌ی محافظتی زمانی ایجاد می‌شود که بادهای خورشیدی بر محیط میان‌ستاره‌ای یا به عبارت دیگر، موادی که در فضاهای بین ستاره‌های کهکشان حرکت می‌کنند، فشار می‌آورند. هلیوسفر با جریانی ثابت از ذرات باردار خورشید به صورت پیوسته احیا می‌شود.

هلیوسفر از زمین در برابر پرتوهای کهکشانی که بالقوه می‌توانند بر DNA موجودات زنده تأثیر بگذارند، محافظت می‌کند. این اثر محافظتی به قدری حیاتی است که به باور بسیاری از دانشمندان بخشی جدایی‌ناپذیری از ظهور و تکامل حیات روی زمین بوده است.

پژوهشگرها می‌گویند این احتمال وجود دارد که ابری سرد از مواد میان‌ستاره‌ای، زمانی باد خورشیدی را به نحوی مهار کرده و موجب فشردگی هلیوسفر شده باشد. به این ترتیب احتمالا در مدتی کوتاه (از نظر کیهانی)، اثر محافظتی هلیوسفر برای زمین و دیگر سیاره‌ها حذف شده است. اوفر در این باره می‌گوید:

ستار‌ه‌ها حرکت می‌کنند و این پژوهش نشان می‌دهد این اجرام نه‌تنها ثابت نیستند بلکه ممکن است با تغییرات چشمگیری روبه‌رو شوند.

اوفر برای بررسی اثر بمباران غبار میان‌ستاره‌ای چگال بر هلیوسفر و زمین، با استفاده از مدل‌های پیچیده‌ی کامپیوتری به زمان‌های دور سفر کرد. به این ترتیب او و گروهش موقعیت خورشید در حدود دو میلیون سال پیش و همچنین موقعیت هلیوسفر و منظومه‌ی شمسی را تعیین کردند.

پژوهشگران هچنین به ردیابی پیشرفت رشته‌ای از گاز سرد چگال موسوم به «نوار محلی منظومه‌ی ابرهای سرد» پرداختند که در آن زمان از راه شیری عبور می‌کرد. این بررسی نشان داد که احتمالا یک ابر چگال به نام «سیاه‌گوش محلی ابر سرد» در انتهای نوار محلی منظومه‌ی ابرهای سرد با هلیوسفر برخورد کرده است.

به این ترتیب زمین در معرض ماده‌ی میان ستاره‌ای و عنصرهای سنگین و رادیواکتیو آن قرار گرفت. این عنصرها از بقایای ستاره‌های کلان‌جرمی هستند که در انفجارهای ابرنواختر می‌میرند. هلیوسفر معمولا مانع از عبور این ذرات می‌شود؛ اما بدون لایه‌ی محافظ این عنصرهای رادیواکتیو می‌توانند روی زمین ببارند. این مسئله می‌تواند دلیل افزایش ایزوتوپ‌های آهن ۶۰ و پلوتونیوم ۲۴۴ در برف‌های جنوبگان و مغزه‌های یخی روی ماه را توجیه کند که مصادف با دوره‌ای در حدود ۲ میلیون سال پیش هستند. زمان‌بندی برخورد هلیوسفر با سیاه‌گوش محلی ابر سرد هم مصادف با دوره‌ی سرد شدن زمین در دو میلیون سال پیش است.

به باور اوفر، فشار ناشی از سیاه‌گوش محلی ابر سرد، هلیوسفر را برای دوره‌ی کوتاه چندصدساله یا دوره‌ی طولانی یک میلیون ساله محدود کرده است. این مسئله به میزان بزرگی ابر یادشده هم وابسته است. به باور پژوهشگرها، پس از پایان نفوذ این ابر سرد، هلیوسفر مجددا برای احاطه‌ی سیاره‌ها رشد کرده است.

با این‌حال در شرایط فعلی به سختی می‌توان تأثیر ابر سرد میان‌ستاره‌ای بر زمین به ویژه آغاز عصر یخبندان را تعیین کرد. پژوهشگرها حالا می‌توانند به زمان گذشته بازگردند تا دوره‌های دیگر عبور از ابرهای میان‌ستاره‌ای را تعیین کنند و تطبیق آن با عصرهای یخبندان را بررسی کنند. پژوهشگرهای این بررسی در حال جستجوی تأثیر هیدروژن و مواد رادیواکتیو بر جو زمین هستند. به گفته‌ی اوفر:

این ابر در گذشته وجود داشته است و اگر ما از میان چیزی سنگین عبور کرده‌ باشیم در معرض فضای میان‌ستاره‌ای قرار گرفتیم. این تازه آغاز ماجرا است.

یافته‌های پژوهشگران دهم ژوئن در مجله‌ی Nature Astronomy منتشر شد.