A FÖLD MÁGNESES TERE

Mind ez idáig úgy beszéltünk a szupernóvákról, mint amiknek csakis az emberiség szempontjából kedvező hatásaik vannak. Elképzelhető-e azonban az is, hogy időnként így vagy úgy, de kárt okozzon nekünk a működésük? Netán még az is lehet, hogy bizonyos esetekben az emberi nem (sőt mindenféle élet) létét fenyegetik?

Nyilvánvaló, hogyha egy szupernóva a közelünkben (ez galaktikus méretekben értendő!) robban föl, ott gyilkos erősségű energiák szabadulnak el. Ha például a mi Napunk válna szupernóvává, nemcsak az egész földi élet érne véget perceken belül, hanem maga a földgolyó is elpárologna. Ha csupán nóva lenne a Napból, a Földet akkor is valószínűleg sterilizálná.

Ez azonban, mint korábban hangsúlyoztuk, nem történhet meg. A Nap ehhez nem elég nagy tömegű és nem is tagja egy szoros kettős rendszernek, ezért teljességgel kizárt, hogy akár most, akár a későbbiekben nóva vagy szupernóva legyen belőle. Útja végén majd vörös óriássá válik, aztán pedig fehér törpévé roppan össze, de mindaddig, amíg ez (öt-hatmilliárd év múlva) bekövetkezik, semmi olyasmi sem történhet a Nappal (hacsak valami olyan, teljesen valószínűtlen esemény nem jöhet közbe, mint egy másik csillaggal való összeütközés vagy majdnem-ütközés), ami általában az életet fenyegetné.

Árthat-e nekünk az, ha egy másik csillag robban föl? Azok közül a csillagok közül, amelyekről úgy gondoljuk, hogy képesek szupernóvává válni, még a legközelebbiek is több mint 100 parszeknyi messzeségben vannak. Ha holnap bármelyikük felrobbanna, akkor annak éppenséggel lehetnének káros hatásai, de az óriási távolság miatt nem valószínű, hogy ezek tényleg az egész emberiséget veszélyeztetnék.

Egyébként is: az eddigi legközelebbi szupernóvákat sem éreztük meg különösebben. Sem a Rák-ködöt eredményező szupernóva, sőt amennyire megállapítható, még a Vela szupernóva sem avatkozott be a földi életbe - márpedig ez annyira közel volt hozzánk valamikor a történelem előtti időkben, hogy pár napig ugyanolyan fényesen ragyogott, mint a telehold.

A távoli szupernóvák egyedüli közvetlen hatása ránk, amely elég erős ahhoz, hogy jelentős legyen, az általuk termelt kozmikus sugárzás. Nézzük hát még egyszer ezt a sugárzást!

A kozmikus sugárzás egészében véve meglepően nagy energiamennyiséget szállít a Földre. Ez az energia nagyjából ugyanakkora, mint az égbolt valamennyi csillagából érkező teljes fényenergia, nem számítva bele természetesen a Napot. A kozmikus sugárzás részecskéinek száma persze sokkal kisebb, mint a csillagokból jövő fotonoké, csakhogy a kozmikus sugárzás egy-egy részecskéje jóval nagyobb energiával rendelkezik, mint egy-egy foton, és ez ellensúlyozza a kisebb számukat.

A kozmikus sugárzás részecskéi nagyjában-egészében egyenletesen csapódnak be a Földre (eltekintve azoknak a viszonylag gyenge részecskéknek az esetenkénti, rövid ideig tartó áradatától, amelyek egy-egy különösen nagyenergiájú napkitörésből származnak). De tegyük föl, hogy ezek a becsapódások egy időre valamilyen okból jelentősen megszaporodnak! Lehet ennek valamilyen káros hatása?

A válasz: igen!

A kozmikus sugárzás részecskéi mutációkat keltenek. Ezek ugyan szükségesek ahhoz, hogy az evolúció megfelelő sebességű lehessen, a legtöbbjük azonban ártalmas. Szerencsére az előnyös mutációk, a természetes kiválogatódásnak hála, rendes körülmények között tovább élnek és elterjednek, a hátrányos mutációk viszont kihalnak. Az utóbbiak megléte azonban még így is genetikai terheltséget jelent a faj számára: a népesség bizonyos százaléka viszonylag alkalmatlan lesz a túlélésre.

Mi a helyzet azonban akkor, ha a körülmények nem „rendesek”? Mi történik, ha a kozmikus sugárzás erőssége jóval a normális szint fölé emelkedik, és egy darabig ott is marad? Ekkor a mutációs arány is, a genetikai terheltség is növekedni fog. A genetikai terheltség annyira fölerősödhet, hogy a faj népessége rohamosan csökken; ezt a kisszámú előnyös mutáció sem tudja helyrehozni, és a faj kihal. Előfordul, hogy számos faj hal ki többé-kevésbé egyszerre.

De lehet-e bármi más oka a kozmikus sugárzás fölerősödésének azon kívül, hogy közeli szupernóvák tűnnek föl az űrben?

A különös a dologban az, hogy lehet. Sőt, igazság szerint szembe kell néznünk vele, hogy egy ilyen fölerősödés az elkövetkező pár ezer évben még akkor is elkerülhetetlenül be fog következni, ha egyetlen szupernóva sem járul hozzá a kozmikus sugárzás növekedéséhez. Ahhoz azonban, hogy ezt meg tudjuk magyarázni, egy kissé vissza kell lépnünk.

A felénk tartó kozmikus sugárzás részecskéi nem mind érik el valóban a Földet. Bolygónk mágneses térrel rendelkezik. Erről 1600 óta van tudomásunk, amikor is William Gilbert (1544-1603) angol fizikus könyvében beszámolt azokról a kísérletekről, amelyeket egy mágneses anyagból készült gömbbel végzett. A gömb közelében az iránytű pontosan úgy viselkedett, mint ahogy a Föld közelében szokott. Ebből az következett, hogy valamiképpen maga a Föld sem más, mint egy mágneses anyagból álló gömb.

Ha a Föld mágneses terében bejelöljük azokat a görbéket, amelyek érintője minden pontban a mágneses térerősség irányába mutat, akkor a mágneses erővonalak családjához jutunk. Ezek mindegyike a földfelszínnek ugyanazon a két pontján kezdődik, illetve végződik: az egyik pont az Antarktisz peremén van (ez a „déli mágneses sark”), a másik pedig Észak-Amerika északi szélén (ez az „északi mágneses sark”). Az erővonalak e kettő között húzódó, kifelé hasasodó folytonos görbék, amelyek többé-kevésbé az észak–déli irányt követik, s legnagyobb magasságukat a mágneses sarkok között félúton érik el.

Az űrből a földfelszín felé rohanó, elektromosan töltött részecskék mindegyikének kereszteznie kell ezeket a mágneses erővonalakat, ami viszont energiát von el tőlük. A részecske energiát veszít, emiatt lelassul. Az az elektromosan töltött részecske, amelyik nem pontosan a Föld mágneses egyenlítőjét célozza meg, ráadásul el is térítődik: elhajlik a mágneses erővonalak mentén - északi irányban, ha a mágneses egyenlítőtől északra, déli irányban, ha attól délre esik.

Minél kisebb egy részecske energiája, annál inkább eltérítődik. Ha elég alacsony energiájú, akkor a mágneses erővonalak csapdába ejtik, és kénytelen lesz azok mentén végighaladni, hogy azután a mágneses sarkoknál vagy azok közelében lépjen be a légkörbe.

A kozmikus sugárzás részecskéi olyan nagy energiával rendelkeznek, hogy a Föld mágneses tere alig-alig téríti el őket. A részecskéknek azt a részét viszont, amelyek egyébként még éppen eltalálnák a földkorong szélét, eléggé el tudja téríteni ahhoz, hogy teljesen mellémenjenek. Valamilyen mértékben még azokat is eltéríti, amelyek egyenesebben közelednek. Emiatt a kozmikus sugárzás egy része, amely egyébként a szárazföldi életben gazdag trópusi és mérsékelt égövbe érkezne, végül is a sarkvidékre jut, amely szárazföldi életben szegényebb.

Ily módon a Föld mágneses tere némileg enyhíti azt a hatást, amit a kozmikus sugárzás gyakorol az életre. Ahhoz eléggé legyöngíti, hogy kevesebb kárt tudjon okozni, ahhoz viszont nem, hogy az evolúció szempontjából hasznos működését lehetetlenné tegye.

Minél gyöngébb a Föld mágneses tere, annál kevésbé bírja eltéríteni a részecskéket, s emiatt annál nagyobb lesz a kozmikus sugárzás intenzitása a földfelszínen, főképp az alacsonyabb szélességi körökön.

Márpedig a Föld mágneses tere nem marad mindig egyforma erős. Mióta a tudósok 1670-ben elkezdték mérni, a mágneses térerősség mintegy 15 százalékkal csökkent. Ha ez a csökkenés tovább folytatódik, akkor körülbelül 4000-ben éri el a térerősség a nulla értéket.

De vajon folytatódik-e a térerősség csökkenése? Első pillantásra ez eléggé hihetetlen. Sokkal valószínűbb, hogy a térerősség ingadozik: mindaddig gyöngül, amíg el nem ér egy nem túl alacsony minimumot, majd erősödni kezd, amíg csak föl nem fut egy nem túlságosan magas maximum értékig, s ez a folyamat újra meg újra ismétlődik.

Eleinte úgy tűnt, hogy egyetlen módon tudjuk megmondani, mi is megy végbe valójában: várunk pár ezer évet, és közben folytatjuk a mágneses térerősség mérését; de aztán kiderült, hogy nem muszáj ehhez a megoldáshoz folyamodnunk.

A Föld kérgében számos olyan ásvány található, amelyek gyöngén mágnesesek. Amikor a vulkáni láva kihűl és megszilárdul, ezek az ásványok a Föld mágneses erővonalainak megfelelően észak–déli fekvésű kristályokat alkotnak. Mi több, minden kristálynak megvan a maga északi pólusa, amelyik észak felé, illetve déli pólusa, amelyik dél felé mutat. (Hogy melyik az „északi” és melyik a „déli” pólus, azt egy közönséges mágnessel el lehet dönteni.)

1906-ban Bernard Brunhes (1869-1930) francia fizikus vulkáni kőzeteket tanulmányozott, és azt tapasztalta, hogy egyes kristályok mágnesezettsége épp ellenkező irányba mutat, mint a Föld jelenlegi mágneses tere: az északi pólusuk délre, a déli pólusuk északra néz. Ezt a fölfedezést eleinte figyelmen kívül hagyták, mint aminek semmi értelme sincs; idővel azonban további bizonyítékok gyűltek össze, s ekkor már sem kétségbe vonni, sem figyelmen kívül hagyni nem lehetett.

Miért „rossz” egyes kőzetek iránya? Nyilván azért, mert a Föld mágneses tere egyszer erre, máskor arra mutat. Azok a kőzetek, amelyek akkor hűltek és kristályosodtak ki, amikor a Föld mágneses tere az egyik irányba mutatott, maguk is ugyanezt az irányt jelzik. Amikor azonban a mágneses tér átfordul, nincs akkora ereje, hogy a kristályokat is irányuk megfordítására kényszerítse: a kőzetek most rossz irányba fognak nézni.

Az 1960-as években kezdték vizsgálni a tengerfenék mágnesezettségét. Az Atlanti-óceán medre például úgy érte el jelenlegi szélességét, hogy a Föld belsejéből az olvadt anyag az óceán középvonala mentén föltört egy hosszú, kanyargós repedésen át. A repedés közelében levő kőzetek a legújabbak, ezek szilárdultak meg legkésőbb. Ahogy bármelyik irányban kifelé haladunk, egyre öregebb kőzetekkel találkozunk. Ha a mágnesezettséget vizsgáljuk, akkor a repedéshez legközelebbi kőzetek a „jó”, a mágneses tér jelenlegi állapotának megfelelő irányba mutatnak. A repedéstől távolodva előbb „rossz” irányba mutatnak, azután megint „jó”, majd ismét „rossz” irányba. „Jó” és „rossz” sávok váltakoznak a repedés mindkét oldalán, s az egyik oldal mintegy tükörképe a másiknak.

Amikor megmérték ezeknek a kőzeteknek a korát, az derült ki, hogy a mágneses tér szabálytalan időközönként fordul meg. Néha csak ötvenezer, máskor viszont akár húszmillió év is eltelik két átfordulás között. Nyilvánvalóan az történik, hogy a mágneses tér erőssége periodikusan nullára csökken, majd a csökkenés tovább folytatódik „nulla alá” is - azaz megfordul az iránya, és az új irányban válik egyre erősebbé. Azután megint nullára csökken, megint átfordul, és így tovább.

Mi az oka annak, hogy a mágneses térerősség ilyen szabálytalanul növekszik és csökken, s valahányszor áthalad a nulla értéken, mindannyiszor irányt változtat? Ezt még a tudósok sem tudják, azt azonban biztosra veszik, hogy pontosan ez megy végbe.

Úgy látszik, éppen most nézünk egy ilyen átfordulás elébe, amely - mint már említettem - a 4000. év körül fog bekövetkezni. Az ezt megelőző és követő néhány száz évben a mágneses tér annyira gyönge lesz, hogy nem tudja majd jelentősebb mértékben eltéríteni a kozmikus sugárzás részecskéit.

Ahogy a mágneses tér növekszik, illetve csökken, úgy válik ritkábbá, illetve sűrűbbé a kozmikus sugárzást alkotó részecskék becsapódása. A kozmikus sugárzás akkor minimális, amikor a mágneses tér a legerősebb, és akkor éri el a maximumát, amikor a mágneses tér nulla intenzitásúvá válik.

Amikor a mágneses térerősség nulla, a kozmikus sugárzás pedig maximális, akkor a mutációs arány is, a genetikai terheltség is maximálissá válik. Ez az az időszak, amikor a fajok kihalásának legnagyobb a valószínűsége.