Присцилла Фриш из Чикагского университета рассмотрела воздействие газовых облаков на космическую среду, окружающую Землю, и на то, что она назвала «галактической погодой». Сегодня Солнце находится в той области, где межзвездный газ необычайно разрежен. В принципе, реконструкции прошлых столкновений Солнечной системы с газовыми облаками должны бы стать частью общего анализа истории космических лучей в масштабе геологического времени, но, если говорить о практической стороне дела, события, произошедшие более миллиона лет назад, могут быть недоступны для научного поиска. Что же касается будущего, то новые прохождения Солнечной системы через «Местный пух» весьма вероятны. Однако, изучив карту Галактики, Фриш пришла к утешительному выводу: «Траектория Солнца позволяет предположить, что Солнечная система, возможно, не столкнется с большим плотным облаком по меньшей мере еще несколько миллионов лет»[106].
Если говорить о вкладе астрономии в космоклиматологию, то самый важный из намечающихся проектов — это европейский спутник «Гайя»[107], который станет преемником «ГИППАРКОСа», уже составившего карту звездного неба с небывалой доселе точностью. «ГИППАРКОС» скрупулезно измерил расстояния до звезд и тем самым дал астрономам возможность уточнить их возраст, благодаря чему ученые узнали о всплесках звездной рождаемости, а эти «детские бумы», как выяснилось, непосредственно связаны с чрезвычайно холодными периодами «Земли-снежка». Тем не менее «ГИППАРКОС» охватил не так много звезд («всего» миллион), и в его измерениях присутствуют неточности, а это означает, что история звездообразования все еще неполна. Более того, пока нам доступна для анализа лишь та «провинция» Млечного Пути, где находится наша Солнечная система, а это небольшая область диска, сильно удаленная от центра Галактики.
Будучи выведена на орбиту, «Гайя» превзойдет «ГИППАРКОС» в точности и масштабе исследования звезд. Международная команда ученых, собравшаяся в проекте «Гайя», намеревается поведать миру всю историю формирования звезд в Млечном Пути за десять с лишним миллиардов лет его существования — и в центральной перемычке, и в различных кольцах диска, и в звездном гало. Только тогда можно будет получить ясный ответ на вопрос: был ли процесс образования звезд относительно ровным и непрерывным, или же он представлял собой крайне хаотичную цепочку случайных эпизодов? Чем более эпизодичным будет представляться этот процесс, тем шире будет поле поиска тех эффектов, которые мощные потоки космических лучей производят на Земле.
Наградой за долгое ожидание станет для нас более детальное представление о спиральных рукавах. «ГИППАРКОС» составил очень неплохую карту локального рукава Ориона, где сейчас находится Солнце. «Гайя» же отметит все главные рукава на ближайшей к нам стороне Галактики и определит местоположение новорожденных звезд, которые их населяют. Высокоточные измерения дадут наконец ответ на вопросы: с какой скоростью спирали обращаются вокруг галактического центра и что представляет собой орбита Солнца — круг или эллипс. Тогда мы сможем вернее рассчитать, когда Солнце и его планеты посещали спиральные рукава и испытывали на себе воздействие космических лучей, повинных в ледниковых периодах геологического времени.
К сожалению, пока «Гайя» не вышла на орбиту, нельзя ожидать значительного расширения наших знаний о темпах звездообразования на протяжении того срока, что существует планета Земля. Спутник будет запущен не раньше 2012 года, и понадобится не менее пяти лет, чтобы он завершил свою программу. Тем не менее астрофизики уже предоставили нам достаточно информации, включая данные о других спиральных галактиках, чтобы теоретикам было над чем поразмышлять. Например, они могут попробовать разобраться в том, почему столь контрастно поведение галактического магнитного поля и потоков космических лучей в ярких спиральных рукавах, с одной стороны, и в темных областях между ними — с другой.
Другая важная задача — лучше понять гравитационный танец Большого и Малого Магеллановых Облаков и других соседних маленьких галактик, таких как Карлик Стрельца, что гостит сейчас на дальней стороне нашей Галактики. Это помогло бы определить, как и когда схватки с этими галактическими соседями запустили процесс звездообразования в Млечном Пути. Более точные вычисления станут возможны, если ученые научатся делать поправки на невидимую темную материю, значительно увеличивающую массу маленьких галактик. Так как поиск темной материи — одна из важнейших задач астрофизики, это еще один пример того, как прогресс в климатологии будет зависеть от фундаментальных достижений в самых различных областях науки.
Озадачивающие ритмы планеты
Изучив непосредственно Землю и ее геологическую историю, мы смогли обобщить свидетельства, доказывающие, что на протяжении миллиардов лет космические лучи сильно влияли на климат нашей планеты. Но пока мы получили лишь приблизительную картину. Для детального анализа необходимо принять во внимание много иных процессов, также воздействующих на климат. К ним относятся: рост континентов, горообразование, хоровые выступления вулканов, движения континентов, влияющие на океанские течения и околополярные ледовые щиты, изменения в составе атмосферы, геохимические процессы и столкновения Земли с кометами и астероидами.
Есть немало проблем, не дающих ученым покоя. Один из примеров такого рода — это эффект Миланковича, названный по имени сербского инженера, климатолога и геофизика Милутина Миланковича, который в 1920-е годы предложил свое объяснение последних ледниковых периодов. Он показал, что поступление солнечного света в разных областях земного шара и в разные сезоны менялось на протяжении веков. Причина этого, как полагал Миланкович, заключается в том, что гравитационное воздействие других объектов Солнечной системы изменяет положение Земли в космосе и, соответственно, параметры ее орбиты.
В нынешнюю эпоху Антарктика всегда покрыта льдом, следовательно, критические моменты связаны с наступлением и отступлением льда в Северном полушарии. А это зависит (так гласит теория) от того, достаточно ли сильно светит летнее Солнце, чтобы растопить лед, образовавшийся за зиму. Иногда Солнце находится относительно близко и стоит высоко в небе в течение северного лета — тогда ему под силу прогнать снег и лед прочь. Однако низкое Солнце, находящееся дальше, может посмотреть на лежащий снег сквозь пальцы — и тот будет накапливаться год от года, собираясь в ледовые пласты.
Астрономы могут просчитать эти изменения. Ось Земли медленно колышется, как у неустойчиво вращающегося волчка (это называется прецессией), что устанавливает для сезонного солнечного освещения в Северном полушарии ритм примерно в 20 тысяч лет. К тому же Земля покачивается, как корабль, соответственно покачивается и мачта, то бишь ось (такие долгопериодические колебания угла наклона земной оси к плоскости ее орбиты носят название нутации), и это задает еще один цикл — примерно в 40 тысяч лет. Наконец, есть третий, более медленный цикл — приблизительно в 100 тысяч лет, — в ходе которого меняется форма орбиты (так называемые долгопериодические колебания эксцентриситета орбиты), и Земля в разные сезоны оказывается то ближе, то дальше от Солнца.
