เมื่อรังสีแกมมาแซงโลก และเหตุใดสิ่งมีชีวิตจึงตายหมด

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

ดังที่ Plait เขียนไว้ใน Death From Above การระเบิดของรังสีแกมมาเป็นเหตุการณ์ที่น่าทึ่งที่สุดนับตั้งแต่บิ๊กแบง ไม่มีการปะทุดังกล่าวเกิดขึ้นซ้ำอีก แต่เกิดขึ้นทั้งหมดเนื่องจากภัยพิบัติในระดับกาแลคซี: เมื่อดาวฤกษ์ขนาดใหญ่มากตาย หยุด "เผาไหม้" และยุบตัวภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของพวกมันเอง หรืออาจเนื่องมาจากการชนกันของดาวนิวตรอนสองดวง (วัตถุขนาดเท่าเมืองแต่มีมวลเหมือนดวงอาทิตย์หนึ่งหรือสองดวง)

ในกรณีเช่นนี้ พลังงานจะถูกขับออกมาไม่เท่ากันในทุกทิศทาง แต่ส่งเป็นลำแสงโดยตรง เหตุการณ์นี้ยิ่งใหญ่มากจนบางครั้งสามารถเห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นเวลาหลายพันล้านปีแสง (!) จะเกิดอะไรขึ้นถ้าลำแสงดังกล่าวกระทบพื้นโลก?

สมมติว่า GRB เกิดขึ้นใกล้มาก: ห่างออกไป 100 ปีแสง แม้ในระยะใกล้เช่นนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงรังสีแกมมาก็จะมีขนาดมหึมา 80 ล้านล้านกม. ซึ่งหมายความว่าทั้งโลก ระบบสุริยะทั้งหมดจะถูกกลืนหายไป เหมือนกับหมัดทรายที่คลื่นสึนามิจับ

โชคดีที่ GRB มีอายุสั้น ดังนั้นลำแสงจะกระทบเราภายในเวลาไม่ถึงวินาทีหรือหลายนาที ระเบิดเฉลี่ยใช้เวลาประมาณสิบวินาที

ไม่นานเมื่อเทียบกับการหมุนของโลก ดังนั้นลำแสงจะกระทบเพียงซีกเดียว ซีกโลกที่สองจะค่อนข้างปลอดภัย … อย่างน้อยก็ในบางครั้ง ผลลัพธ์ที่เลวร้ายที่สุดจะอยู่ที่บริเวณใต้การระเบิดของรังสีแกมมาโดยตรง (ซึ่งแสงแฟลร์จะมองเห็นได้โดยตรงเหนือศีรษะ ที่จุดสุดยอด) และน้อยที่สุดในบริเวณที่แสงแฟลร์จะมองเห็นได้บนขอบฟ้า แต่เราจะเห็นว่าไม่มีสถานที่ใดในโลกที่จะปลอดภัยอย่างสมบูรณ์

พลังงานที่ไร้การควบคุมที่จะถูกทิ้งลงสู่พื้นโลกมีอย่างท่วมท้น นี่เป็นมากกว่าฝันร้ายที่เลวร้ายที่สุดของสงครามเย็น มันเหมือนกับการระเบิดนิวเคลียร์ระเบิดหนึ่งเมกะตันจากด้านข้างของรังสีแกมมาที่ระเบิดไปทั่วทุก 2.5 ตารางกิโลเมตรของโลก นี่ (อาจ) ไม่เพียงพอที่จะทำให้มหาสมุทรเดือดหรือฉีกชั้นบรรยากาศออกจากโลก แต่การทำลายล้างนั้นเกินความเข้าใจ

โปรดจำไว้ว่า ทั้งหมดนี้มาจากวัตถุที่อยู่ห่างออกไป 900 ล้านล้านกม.

ใครก็ตามที่มองขึ้นไปบนท้องฟ้าในช่วงเวลาที่แสงแฟลชอาจตาบอดได้ แม้ว่าความสว่างสูงสุดในช่วงที่มองเห็นได้อาจจะไปถึงภายในไม่กี่วินาทีเท่านั้น - เพียงพอที่จะสะดุ้งและหันหลังกลับ ไม่ใช่ว่ามันช่วยได้มาก

คนเหล่านั้นที่ถูกจับได้ในขณะนั้นบนถนนจะมีปัญหาใหญ่ในตอนนั้น แม้ว่าพวกมันจะไม่ได้ถูกความร้อนเผา - และน่าจะเป็น - พวกเขาจะได้รับการไหม้ที่ร้ายแรงทันทีจากรังสีอัลตราไวโอเลตขนาดใหญ่ ชั้นโอโซนจะถูกทำลายในทันที และรังสี UV จากการระเบิดของรังสีแกมมาและดวงอาทิตย์จะไปถึงพื้นผิวโลกอย่างอิสระ ทำให้มันแห้งแล้งจนถึงระดับความลึกหลายเมตรเช่นเดียวกับในมหาสมุทร

และนี่เป็นเพียงจากรังสี UV และความร้อนเท่านั้น ดูเหมือนโหดร้ายที่จะพูดถึงผลกระทบที่เลวร้ายกว่ามากจากการได้รับรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์

ให้พูดนอกเรื่องเล็กน้อยแทน การระเบิดของรังสีแกมมานั้นหายากอย่างไม่น่าเชื่อ แม้ว่ามักเกิดขึ้นวันละหลายครั้ง ณ แห่งใดแห่งหนึ่งในจักรวาล แต่จักรวาลเองก็มีขนาดใหญ่มาก ปัจจุบันความน่าจะเป็นที่จะเกิดขึ้นในระยะ 100 ปีแสงจากเรานั้นเป็นศูนย์ สมบูรณ์แบบศูนย์แน่นอน โดยหลักการแล้วไม่มีดาวฤกษ์ใดอยู่ใกล้เราที่จะสร้างรังสีแกมมาได้ซุปเปอร์โนวาที่อยู่ใกล้ที่สุดอยู่ไกลออกไป และ GRB นั้นหายากกว่าซุปเปอร์โนวามาก

รู้สึกดีขึ้น? ตกลง. คราวนี้มาลองใช้วิธีการที่สมจริงกว่านี้กัน อะไรคือตัวเลือกที่ใกล้เคียงที่สุดสำหรับแหล่งกำเนิดรังสีแกมมา?

บนท้องฟ้าของซีกโลกใต้มีดาวฤกษ์ที่ไม่ธรรมดาด้วยตาเปล่า มันถูกเรียกว่า Eta Carinae หรือเรียกง่ายๆว่า Eta ซึ่งเป็นดาวสลัวในกลุ่มดาวที่สว่างกว่า อย่างไรก็ตาม แสงสลัวของเธอกำลังหลอกลวง ซ่อนความโกรธของเธอไว้เบื้องหลัง อันที่จริงมันอยู่ห่างออกไปประมาณ 7,500 ปีแสง - อันที่จริงเป็นดาวที่ห่างไกลที่สุดที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

ตัวดาวเอง (อันที่จริง Eta อาจเป็นระบบดาวคู่ มีดาวสองดวงโคจรรอบกัน วัสดุที่อยู่รอบดาวนั้นให้ความสว่างและการรบกวนมากจนนักดาราศาสตร์ยังไม่แน่ใจร้อยเปอร์เซ็นต์) เป็นสัตว์ประหลาด: มวลของมันคือ 100 คูณมวลของดวงอาทิตย์หรือมากกว่า และปล่อยพลังงานมากกว่าดวงอาทิตย์ 5 ล้านเท่า - ในหนึ่งวินาที มันจะปล่อยแสงออกมามากที่สุดเท่าที่ดวงอาทิตย์จะปล่อยออกมาในสองเดือน ในบางครั้ง Eta มีอาการกระตุก และเธอก็พ่นสารจำนวนมากออกมา ในปีพ.ศ. 2386 เธอมีอาการชักอย่างรุนแรงจนกลายเป็นดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดเป็นอันดับสองบนท้องฟ้า แม้จะอยู่ในระยะไกลมากก็ตาม มันพ่นสสารจำนวนมหาศาลออกมาเกินกว่าสิบเท่าของมวลดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วเกิน 1.5 ล้านกม./ชม. วันนี้เราเห็นผลที่ตามมาจากการระเบิดนั้นในรูปแบบของก้อนเมฆขนาดใหญ่สองก้อนของสสารที่แยกจากกัน คล้ายกับการยิงของปืนอวกาศ เหตุการณ์นั้นเกือบจะมีพลังเท่ากับซุปเปอร์โนวา

Eta มีจุดเด่นทั้งหมดของ GRB ที่กำลังจะเกิดขึ้น มันจะระเบิดเหมือนซุปเปอร์โนวาอย่างแน่นอน แต่ไม่ทราบว่าจะเป็นการระเบิดรังสีแกมมาประเภทไฮเปอร์โนวาหรือไม่ นอกจากนี้ ควรสังเกตด้วยว่าถ้ามันระเบิดและปล่อยรังสีแกมมาออกมา การวางแนวของระบบนี้จะทำให้ลำแสงไม่กระทบพื้นโลก เราสามารถระบุสิ่งนี้ได้จากเรขาคณิตของเมฆก๊าซที่พุ่งออกมาระหว่างการยึดในปี 1843: ส่วนของก๊าซบวมนั้นเอียงเมื่อเทียบกับเราที่มุมประมาณ 45 ° และการระเบิดของรังสีแกมมาใดๆ ก็ตามจะพุ่งไปตามแกนนั้น ให้ฉันอธิบายโดยเจาะจงมากขึ้น: ในระยะสั้นหรือระยะกลาง รังสีแกมมาที่ระเบิดจาก Eta หรือที่อื่นไม่ได้คุกคามเรา

แต่ก็ยังน่าสนใจที่จะไตร่ตรองว่า "ถ้า" จะเกิดอะไรขึ้นถ้า Eta กำหนดเป้าหมายเราและกลายเป็นไฮเปอร์โนวา แล้วจะเกิดอะไรขึ้น?

อีกครั้งไม่มีอะไรดี แม้จะไม่ได้เข้าใกล้ความสว่างของดวงอาทิตย์ด้วยซ้ำ แต่ก็จะสว่างพอๆ กับดวงจันทร์ หรือสว่างกว่าถึงสิบเท่า คุณไม่สามารถมองดูมันได้โดยไม่หรี่ตา แต่ความสว่างนั้นจะคงอยู่เพียงไม่กี่วินาทีหรือนาที ดังนั้นอาจไม่เกิดความเสียหายระยะยาวต่อวงจรชีวิตของพืชหรือสัตว์

ลำแสงอัลตราไวโอเลตจะรุนแรงแต่สั้น ผู้ที่อยู่กลางแจ้งอาจมีอาการผิวไหม้จากแดดในระดับปานกลาง แต่มีแนวโน้มว่าจะไม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติในอุบัติการณ์มะเร็งผิวหนังในอนาคต

แต่ด้วยรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์ สถานการณ์แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ชั้นบรรยากาศของโลกจะดูดซับรังสีประเภทนี้ และผลที่ตามมาจะเลวร้ายยิ่งกว่าในกรณีของซุปเปอร์โนวาที่อยู่ใกล้เคียง

ผลที่ตามมาโดยตรงที่สุดคือพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลัง ซึ่งมีพลังมากกว่าที่เกิดขึ้นในฮาวายระหว่างการทดสอบนิวเคลียร์ของอุปกรณ์สตาร์ฟิชไพรม์ ในกรณีนี้ EMP (ชีพจรแม่เหล็กไฟฟ้า - ประมาณ TASS) จะทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่มีเกราะป้องกันในซีกโลกนั้นทันที ซึ่งพุ่งไปที่การระเบิด คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ เครื่องบิน รถยนต์ สิ่งของใดๆ ที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะหยุดทำงาน สิ่งนี้ยังใช้กับระบบไฟฟ้าอีกด้วย: กระแสน้ำขนาดใหญ่จะถูกฉีดเข้าไปในสายไฟ ทำให้เกิดโอเวอร์โหลดผู้คนจะไม่มีไฟฟ้าและไม่มีทางสื่อสารทางไกล (อุปกรณ์ของดาวเทียมทั้งหมดคงถูกเผาไหม้จากรังสีแกมมาอยู่แล้ว) นี่จะไม่ใช่แค่ความไม่สะดวก เพราะมันหมายถึงโรงพยาบาล แผนกดับเพลิง และบริการฉุกเฉินอื่นๆ ก็จะไม่มีไฟฟ้าใช้เช่นกัน

แต่อย่างที่เห็นในทันที เราอาจไม่ต้องการบริการฉุกเฉิน …

ผลที่ตามมาสำหรับชั้นบรรยากาศของโลกจะรุนแรง นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาสถานการณ์นี้อย่างใกล้ชิด โดยใช้แบบจำลองเดียวกันกับที่อธิบายไว้ในบทที่ 3 และสมมติว่า GRB เกิดขึ้นที่ระยะห่างของ Eta พวกเขากำหนดว่าผลที่ตามมาจะเป็นอย่างไร และผลที่ตามมาเหล่านี้ไม่ได้ให้กำลังใจเลย

ชั้นโอโซนจะถูกกระแทกอย่างแรง รังสีแกมมาจากการปะทุจะทำลายโมเลกุลของโอโซนอย่างสมบูรณ์ ชั้นโอโซนทั่วโลกจะลดลงโดยเฉลี่ย 35% และในบางภูมิภาคที่เลือกจะลดลงมากกว่า 50% นี่เป็นอันตรายอย่างเหลือเชื่อในตัวเอง - โปรดทราบว่าปัญหาโอโซนในปัจจุบันของเราเกิดจากการลดลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น 3% หรือมากกว่านั้น

ผลที่ตามมาคือระยะยาวมากและสามารถคงอยู่ได้นานหลายปี แม้หลังจากผ่านไป 5 ปี ชั้นโอโซนก็ยังคงบางลง 10% ในช่วงเวลานี้ รังสียูวีจากดวงอาทิตย์จะรุนแรงขึ้นบนพื้นผิวโลก จุลินทรีย์ที่เป็นกระดูกสันหลังของห่วงโซ่อาหารมีความไวต่อมันมาก หลายคนต้องตาย ซึ่งทำให้สัตว์ชนิดอื่น ๆ สูญพันธุ์ไปในระดับที่สูงกว่าในห่วงโซ่อาหารในที่สุด.

ไนโตรเจนไดออกไซด์สีน้ำตาลแดงที่เกิดจากการระเบิดของรังสีแกมมาจาก Eta Carina (ดูบทที่ 2 และ 3) จะช่วยลดปริมาณแสงแดดที่ส่องมายังโลกได้อย่างมาก

ผลที่ตามมาแน่นอนของสิ่งนี้ยากที่จะระบุได้ แต่ดูเหมือนว่าปริมาณแสงแดดที่ส่องลงมาบนโลกทั้งใบจะลดลงแม้แต่สองสามเปอร์เซ็นต์ (ไนโตรเจนไดออกไซด์จะกระจายไปทั่วชั้นบรรยากาศ) จะทำให้โลกเย็นลงอย่างมีนัยสำคัญและ น่าจะเป็นปัจจัยเริ่มต้นสำหรับยุคน้ำแข็ง

นอกจากนี้ ในส่วนผสมทางเคมีจะมีกรดไนตริกเพียงพอที่ฝนกรดจะเป็นตัวแทน และในทางทฤษฎีก็จะส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมด้วยเช่นกัน

ต่อไปมีปัญหากับอนุภาคย่อย (รังสีคอสมิก) จากการระเบิด ความเสียหายที่จะได้รับจากพวกเขาไม่เป็นที่รู้จักโดยเฉพาะ แต่ดังที่เราได้พูดคุยกันในบทที่ 2 และ 3 อนุภาคพลังงานสูงอาจมีผลที่ตามมามากมายบนโลก รังสีแกมมาที่ระเบิดออกไป 7,500 ปีแสงจะส่งอนุภาคย่อยของอะตอมจำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศของเรา และพวกมันจะบินด้วยความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วแสงเล็กน้อย เพียงไม่กี่ชั่วโมงหลังจากการระเบิดปรากฏขึ้น พวกมันก็ระเบิดเข้าไปในชั้นบรรยากาศของเราแล้ว และหลั่งมิวออนออกมา เราสังเกตมิวออนที่มาจากอวกาศอย่างต่อเนื่อง แต่ในปริมาณน้อย อย่างไรก็ตาม GRB ใกล้เคียงจะสร้างมิวออนจำนวนมาก นักดาราศาสตร์กลุ่มหนึ่งคำนวณว่าอาจมีจำนวน 46 พันล้านมิวออนต่อตารางเซนติเมตรตกลงบนพื้นผิวโลกทั่วทั้งซีกโลกที่ระเบิด สิ่งที่คุณได้รับจากสิ่งนี้ จำไว้ว่าการระเบิดรังสีแกมมาในบริเวณใกล้เคียงนั้นไม่ดี - บันทึกของผู้เขียน ดูเหมือนว่านี่จะเยอะมาก - ใช่แล้ว อนุภาคเหล่านี้จะตกลงมาจากท้องฟ้าและถูกดูดซับโดยสิ่งใดก็ตามที่ขวางทาง เมื่อพิจารณาว่าเนื้อเยื่อของร่างกายสามารถดูดซับมิวออนได้ดีเพียงใด นักดาราศาสตร์ที่ทำการคำนวณพบว่าบุคคลที่ไม่ได้รับการป้องกันจะได้รับปริมาณรังสีที่สูงกว่าปริมาณรังสีที่ทำให้เสียชีวิตได้หลายสิบเท่า การซ่อนจะไม่ช่วยอะไรมาก: มิวออนสามารถเจาะน้ำได้ลึกเกือบ 2 กม. และลึกลงไปในหินได้สูงถึง 800 ม.! ดังนั้นแทบทุกชีวิตบนโลกจะได้รับผลกระทบ

ดังนั้นการสูญเสียโอโซนจึงไม่ใช่เรื่องใหญ่เมื่อมันกลายเป็นปัญหา สัตว์และพืชส่วนใหญ่บนโลกคงจะตายไปนานแล้ว

นี่คือสถานการณ์ฝันร้ายที่อธิบายไว้ในตอนต้นของบทนี้ อย่างไรก็ตาม ก่อนที่คุณจะเริ่มตื่นตระหนก โปรดจำไว้ว่า: การระเบิดของรังสีแกมมาที่เป็นไปได้ของ Eta Carina จะไม่พุ่งมาทางเราอย่างแน่นอน แต่ก่อนจะจบ ฉันจะบอกว่ามีต้นกำเนิดรังสีแกมมาอีกตัวหนึ่ง ซึ่งเราต้องจำไว้ เรียกว่า WR 104 และบังเอิญอยู่ห่างจากเราเท่ากับ Eta WR 104 เป็นระบบดาวคู่ หนึ่งในดาวฤกษ์ที่เป็นสัตว์ร้ายขนาดมหึมาที่ใกล้จะสิ้นอายุขัย มันอาจระเบิด ปล่อยรังสีแกมมาออกมา และอาจเล็งมาที่เราไม่มากก็น้อย แต่สมมติฐานทั้งสองนี้ไม่ถูกต้อง สัตว์ประหลาดตัวนี้ไม่ได้คุกคามเราเช่นกัน แต่ก็ควรค่าแก่การกล่าวถึง