عندما يتم تجاوز الأرض بواسطة انفجار أشعة جاما ولماذا تموت جميع الكائنات الحية

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

كما كتب بليت في Death From Above ، فإن انفجار أشعة جاما هو الحدث الأكثر لفتًا للانتباه منذ الانفجار العظيم. لا يوجد انفجار من هذا القبيل يكرر مرة أخرى ، لكنها تنشأ جميعًا بسبب كوارث على نطاق مجري: عندما تموت النجوم الكبيرة جدًا ، تتوقف عن "الاحتراق" والانهيار تحت تأثير جاذبيتها أو ، على الأرجح ، بسبب اصطدام نجمين نيوترونيين (كائنات بحجم المدينة ، لكن ذات كتلة ، مثل شمس واحدة أو اثنتين).

في مثل هذه الحالات ، لا يتم إخراج الطاقة بالتساوي في جميع الاتجاهات ، ولكن في الحزم الموجهة. هذا الحدث فخم لدرجة أنه في بعض الأحيان يمكن رؤيته بالعين المجردة لمليارات (!) من السنين الضوئية. ماذا سيحدث إذا ضرب مثل هذا الشعاع الأرض؟

لنفترض أن GRB حدث قريبًا جدًا: على بعد 100 سنة ضوئية. حتى في مثل هذه المسافة القريبة ، سيكون قطر حزمة انفجار أشعة غاما عملاقًا ، 80 تريليون كيلومتر. هذا يعني أن الأرض بأكملها ، النظام الشمسي بأكمله سوف تبتلعها ، مثل برغوث الرمل الذي استحوذ عليه تسونامي.

لحسن الحظ ، فإن GRBs قصيرة العمر نسبيًا ، لذا فإن الشعاع سيصطدم بنا في أقل من ثانية إلى عدة دقائق. يستمر متوسط الاندفاع حوالي عشر ثوان.

هذا ليس طويلاً بالمقارنة مع دوران الأرض ، لذا فإن الشعاع سيصطدم بنصف كرة واحد فقط. سيكون النصف الثاني آمنًا نسبيًا … على الأقل لبعض الوقت. ستكون العواقب الأكثر خطورة في الأماكن الواقعة أسفل انفجار أشعة جاما مباشرة (حيث يكون التوهج مرئيًا بشكل مباشر ، عند الذروة) ، وأقل مكان يمكن أن يكون فيه التوهج مرئيًا في الأفق. لكن مع ذلك ، كما سنرى ، لن يكون أي مكان على الأرض آمنًا تمامًا.

الطاقة الجامحة التي سيتم إلقاؤها على الأرض هائلة. هذا أكثر من أسوأ كوابيس الحرب الباردة: إنه أشبه بتفجير قنبلة نووية بقوة 1 ميغا طن من جانب انفجار أشعة غاما فوق كل 2.5 كيلومتر مربع من الكوكب. هذا (على الأرجح) ليس كافيًا لجعل المحيطات تغلي أو لتمزيق الغلاف الجوي عن الأرض ، لكن الدمار سيكون بعيدًا عن الفهم.

ضع في اعتبارك أن كل هذا من جسم يقع على مسافة 900 تريليون كيلومتر.

يمكن لأي شخص ينظر إلى السماء في وقت الفلاش أن يصاب بالعمى ، على الرغم من أنه من المحتمل أن يتم الوصول إلى ذروة السطوع في النطاق المرئي فقط بعد بضع ثوانٍ - وهو ما يكفي للجفل والابتعاد. لم يساعد كثيرا.

أولئك الذين في تلك اللحظة كان سيتم القبض عليهم في الشارع سيواجهون مشاكل كبيرة. حتى لو لم يتم حرقهم بسبب الحرارة - وكانوا كذلك - لكانوا قد تلقوا على الفور حروقًا مميتة من تيار هائل من الأشعة فوق البنفسجية. سيتم تدمير طبقة الأوزون حرفيًا على الفور ، وستصل الأشعة فوق البنفسجية من كل من انفجار أشعة جاما والشمس بحرية إلى سطح الأرض ، مما يجعلها ، وكذلك المحيطات ، جرداء على عمق عدة أمتار.

وهذا فقط من الأشعة فوق البنفسجية والحرارة. يبدو من القسوة حتى ذكر الآثار الأسوأ بكثير للتعرض لأشعة جاما والأشعة السينية.

بدلاً من ذلك ، دعنا نستطرد قليلاً. انفجارات أشعة جاما نادرة للغاية. في حين أنها تحدث على الأرجح عدة مرات في اليوم في مكان ما في الكون ، فإن الكون نفسه كبير جدًا. حاليًا ، احتمال حدوث أحدهما على مسافة 100 سنة ضوئية منا هو صفر. الكمال ، الصفر المطلق. لا توجد نجوم على الإطلاق بالقرب منا يمكنها ، من حيث المبدأ ، توليد انفجار أشعة جاما.أقرب مستعر أعظم هو أبعد ، و GRBs أندر بكثير من المستعرات الأعظمية.

هل تشعر بتحسن؟ تمام. الآن دعونا نجرب نهجًا أكثر واقعية. ما هو أقرب مرشح لمصادر انفجارات أشعة جاما؟

في سماء نصف الكرة الجنوبي يوجد نجم غير ملحوظ بالعين المجردة. يطلق عليه إيتا كارينا ، أو ببساطة إيتا ، نجم خافت في حشد من النجوم الأكثر إشراقًا. ومع ذلك ، فإن ضوءها الخافت مخادع ، ويخفي غضبها وراءه. إنه في الواقع يبعد حوالي 7500 سنة ضوئية - في الواقع ، هو أبعد نجم يمكن رؤيته بالعين المجردة.

النجم نفسه (في الواقع ، قد يكون إيتا نظامًا ثنائيًا ، نجمان يدوران حول بعضهما البعض. تعطي المادة المحيطة بالنجم قدرًا كبيرًا من السطوع والتداخل بحيث لا يزال علماء الفلك غير متأكدين بنسبة مائة بالمائة) وحش: يمكن أن تكون كتلته 100 ضعف كتلة الشمس أو أكثر ، وتبعث طاقة أكبر بخمسة ملايين مرة من الشمس - في ثانية واحدة تبعث قدرًا من الضوء يعادل ما تبثه الشمس في غضون شهرين. من وقت لآخر ، إيتا تعاني من تشنجات ، وتطلق كميات هائلة من المادة. في عام 1843 ، تعرضت لنوبة عنيفة لدرجة أنها أصبحت ثاني أكثر النجوم سطوعًا في السماء ، حتى على هذه المسافة الكبيرة. لقد ألقى بكميات هائلة من المادة تزيد عن عشرة أضعاف كتلة الشمس بسرعات تزيد عن 1.5 مليون كم / ساعة. واليوم نرى نتائج ذلك الانفجار على شكل سحبتين ضخمتين من مادة متباينة ، شبيهة بتلك التي أطلقها مدفع فضائي. كان هذا الحدث بنفس قوة المستعر الأعظم.

تمتلك إيتا جميع السمات المميزة لـ GRB الوشيك. من المؤكد أنه سينفجر مثل المستعر الأعظم ، لكن من غير المعروف ما إذا كان انفجار أشعة غاما من نوع فرط نوفا أم لا. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه إذا انفجر وأصدر دفقة من أشعة جاما ، فإن اتجاه هذا النظام يكون بحيث لا تصطدم الحزمة بالأرض. يمكننا تحديد ذلك من هندسة السحب الغازية المقذوفة أثناء نوبة عام 1843: أجزاء الغاز المتضخم مائلة بالنسبة لنا بزاوية 45 درجة تقريبًا ، وسيتم توجيه أي رشقات من أشعة جاما على طول هذا المحور. اسمحوا لي أن أشرح بشكل أكثر تحديدًا: على المدى القصير أو حتى المدى المتوسط ، لا يهددنا انفجار أشعة غاما من إيتا أو من مكان آخر.

لكن لا يزال من المثير التفكير في "ماذا لو". ماذا لو استهدفتنا إيتا وتحولت إلى مفرط نوفا؟ ماذا سيحدث بعد ذلك؟

مرة أخرى ، لا شيء جيد. على الرغم من حقيقة أنه لن يقترب حتى من سطوع الشمس ، إلا أنه سيكون ساطعًا مثل القمر ، أو حتى أكثر سطوعًا بعشر مرات. لا يمكنك النظر إليه دون التحديق ، لكن هذا السطوع لن يستمر إلا لبضع ثوانٍ أو دقائق ، لذلك ربما لن يكون هناك أي ضرر طويل المدى لدورات حياة النباتات أو الحيوانات.

سيكون شعاع الأشعة فوق البنفسجية شديدًا ولكنه قصير. قد يعاني الأشخاص في الهواء الطلق من حروق شمس معتدلة ، ولكن من المحتمل ألا تكون هناك زيادة ذات دلالة إحصائية في معدل الإصابة بسرطان الجلد في المستقبل.

لكن الوضع مختلف تمامًا مع أشعة جاما والأشعة السينية. سوف يمتص الغلاف الجوي للأرض هذه الأنواع من الإشعاع ، وستكون العواقب أسوأ بكثير مما كانت عليه في حالة سوبر نوفا قريب.

ستكون النتيجة المباشرة هي نبضة كهرومغناطيسية قوية ، أقوى بكثير من تلك التي تولدت في هاواي أثناء الاختبارات النووية لجهاز Starfish Prime. في هذه الحالة ، فإن النبض الكهرومغناطيسي EMP (النبض الكهرومغناطيسي - تقريبًا TASS) سيدمر على الفور أي جهاز إلكتروني غير محمي في نصف الكرة الأرضية هذا ، والذي تم توجيهه نحو الانفجار. ستتوقف أجهزة الكمبيوتر والهواتف والطائرات والسيارات وأي شيء به إلكترونيات عن العمل. ينطبق هذا أيضًا على أنظمة الطاقة: سيتم حقن تيارات ضخمة في خطوط الطاقة ، مما يؤدي إلى زيادة التحميل عليها.سيكون الناس بدون كهرباء وبدون أي وسيلة اتصال بعيدة المدى (كانت معدات جميع الأقمار الصناعية ستحترق من أشعة جاما على أي حال). لن يكون هذا مجرد إزعاج ، لأنه يعني أن المستشفيات وأقسام الإطفاء وخدمات الطوارئ الأخرى ستكون أيضًا بدون كهرباء.

لكن كما سنرى بعد قليل قد لا نحتاج لخدمات الطوارئ …

ستكون العواقب على الغلاف الجوي للأرض وخيمة. يدرس العلماء هذا الوضع عن كثب. باستخدام نفس النماذج الموضحة في الفصل 3 ، وبافتراض أن GRB نشأت على مسافة Eta ، فقد حددوا العواقب. وهذه العواقب ليست مشجعة على الإطلاق.

سوف تتضرر طبقة الأوزون بشدة. ستدمر أشعة جاما الناتجة عن الانفجار جزيئات الأوزون تمامًا. ستنخفض طبقة الأوزون في جميع أنحاء العالم بمتوسط 35٪ ، وفي بعض المناطق المختارة ستنخفض بأكثر من 50٪. هذا ضار للغاية في حد ذاته - ضع في اعتبارك أن مشاكل الأوزون الحالية ناتجة عن انخفاض طفيف نسبيًا ، فقط 3٪ أو نحو ذلك.

إن عواقب ذلك طويلة الأمد ويمكن أن تستمر لسنوات - حتى بعد خمس سنوات ، يمكن أن تظل طبقة الأوزون أرق بنسبة 10٪. خلال هذا الوقت ، ستكون الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس أكثر كثافة على سطح الأرض. الكائنات الحية الدقيقة التي تشكل العمود الفقري للسلسلة الغذائية حساسة جدًا لها. يموت الكثير ، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى الانقراض لأنواع أخرى في أعلى السلسلة الغذائية.

وفوق كل ذلك ، فإن ثاني أكسيد النيتروجين البني المحمر الناتج عن انفجار أشعة غاما من إيتا كارينا (انظر الفصلين 2 و 3) من شأنه أن يقلل بشكل كبير من كمية ضوء الشمس التي تصل إلى الأرض.

من الصعب تحديد العواقب الدقيقة لذلك ، ولكن يبدو من المحتمل أن انخفاض كمية ضوء الشمس على الأرض بأكملها بنسبة قليلة (سينتشر ثاني أكسيد النيتروجين في جميع أنحاء الغلاف الجوي) سيؤدي إلى تبريد كبير للأرض و يمكن ، على الأرجح ، أن يصبح عاملاً مبتدئًا للعصر الجليدي.

بالإضافة إلى ذلك ، سيكون هناك ما يكفي من حمض النيتريك في الخليط الكيميائي الذي قد يمثله المطر الحمضي ، وسيكون لهذا أيضًا عواقب مدمرة على البيئة من الناحية النظرية.

بعد ذلك ، هناك مشكلة في الجسيمات دون الذرية (الأشعة الكونية) من الانفجار. لا يُعرف على وجه التحديد الضرر الذي كان سيحدث بسببهم. ولكن ، كما ناقشنا في الفصلين 2 و 3 ، يمكن أن يكون للجسيمات عالية الطاقة مجموعة متنوعة من النتائج على الأرض. إن انفجار أشعة غاما على بعد 7500 سنة ضوئية من شأنه أن يرسل عددًا هائلاً من الجسيمات دون الذرية إلى غلافنا الجوي ، وسوف تطير بسرعة أقل قليلاً من سرعة الضوء. بعد ساعات قليلة من ظهور الانفجار ، كانوا قد انفجروا بالفعل في غلافنا الجوي ، وسكبوا وابلًا من الميونات. نلاحظ باستمرار وصول الميونات من الفضاء ، ولكن بكميات صغيرة. ومع ذلك ، فإن GRB القريب من شأنه أن يولد كتلة من الميونات. حسبت مجموعة من علماء الفلك أن ما يصل إلى 46 مليار ميون لكل سم 2 ستسقط على سطح الأرض عبر نصف الكرة المنفجر بأكمله.شيء تحصل عليه من هذا ، ثم تذكر فقط أن انفجارًا قريبًا من أشعة جاما سيء - ملاحظة المؤلف). يبدو أن هذا كثير - حسنًا ، نعم ، هو كذلك. سوف تتدفق هذه الجسيمات من السماء ويتم امتصاصها من قبل كل ما يعترض طريقها. بالنظر إلى مدى قدرة أنسجة الجسم على امتصاص الميونات ، وجد علماء الفلك الذين أجروا الحساب أن الشخص غير المحمي سيتلقى جرعة من الإشعاع أعلى بعشرات المرات من الجرعة المميتة. لن يساعد الاختباء كثيرًا: يمكن أن تخترق الميونات المياه إلى عمق 2 كم تقريبًا وما يصل إلى 800 متر في الصخور! لذلك ، ستتأثر جميع أشكال الحياة على الأرض تقريبًا.

لذا لن يكون استنفاد الأوزون مشكلة كبيرة.بحلول الوقت الذي أصبحت فيه مشكلة ، كانت معظم الحيوانات والنباتات على الأرض قد ماتت منذ فترة طويلة.

هذا هو سيناريو الكابوس الموصوف في بداية هذا الفصل. ومع ذلك ، قبل أن تبدأ في الذعر ، تذكر: من المؤكد أن انفجار أشعة غاما المحتمل لإيتا كارينا لن يتم توجيهه في اتجاهنا. لكن قبل أن نختتم ، سأقول أن هناك سلفًا آخر محتملًا لانفجار أشعة جاما ، والذي نحتاج إلى تذكره. إنه يسمى WR 104 وبالصدفة هو نفس المسافة منا مثل إيتا. WR 104 هو نظام ثنائي ، أحد نجومه هو وحش ضخم منتفخ يقترب من نهاية حياته. قد ينفجر ، ينبعث منه انفجار أشعة جاما ، وقد يستهدفنا بشكل أو بآخر ، لكن كلا الافتراضين غير دقيقين. في جميع الاحتمالات ، هذا الوحش لا يهددنا أيضًا ، لكن الأمر يستحق الذكر.