Hvornår Jorden vil blive overhalet af et gamma-stråleudbrud, og hvorfor alle levende ting vil dø

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Som Plait skriver i Death From Above, er et gammastråleudbrud den mest slående begivenhed siden Big Bang. Intet sådant udbrud gentager en anden, men de opstår alle på grund af katastrofer af galaktisk skala: når meget store stjerner dør, ophører med at "brænde" og kollapse under indflydelse af deres egen tyngdekraft eller formodentlig på grund af kollisionen mellem to neutronstjerner (objekter på størrelse med byen, men med en masse, som en eller to sole).

I sådanne tilfælde udstødes energien ikke jævnt i alle retninger, men i rettede stråler. Denne begivenhed er så storslået, at den nogle gange kan ses med det blotte øje i milliarder (!) af lysår. Hvad vil der ske, hvis sådan en stråle rammer Jorden?

Lad os antage, at GRB skete meget tæt på: 100 lysår væk. Selv på så kort afstand ville diameteren af gammastråleudbrudsstrålen være gigantisk, 80 billioner km. Det betyder, at hele Jorden, hele solsystemet ville blive opslugt af den, som en sandloppe fanget af en tsunami.

Heldigvis er GRB'er relativt kortlivede, så strålen vil ramme os på mindre end et sekund til flere minutter. Den gennemsnitlige burst varer omkring ti sekunder.

Dette er ikke langt i forhold til Jordens rotation, så strålen ville kun ramme én halvkugle. Den anden halvkugle ville være relativt sikker … i det mindste i nogen tid. De mest alvorlige konsekvenser ville være på steder direkte under gamma-stråleudbruddet (hvor blusset ville være synligt direkte over hovedet, i zenit), og minimalt, hvor blusset ville være synligt i horisonten. Men alligevel, som vi skal se, ville intet sted på Jorden være fuldstændig sikkert.

Den uhæmmede energi, der ville blive dumpet på Jorden, er overvældende. Dette er mere end den kolde krigs værste mareridt: Det er som at detonere en 1 megaton atombombe fra siden af et gammastråleudbrud over hver 2,5 km2 af planeten. Dette er (sandsynligvis) ikke nok til at få oceanerne til at koge eller til at rive atmosfæren af Jorden, men ødelæggelsen ville være uoverskuelig.

Husk, alt dette er fra et objekt, der er placeret i en afstand af 900 billioner km.

Enhver, der kigger på himlen på tidspunktet for blitzen, kan blive blind, selvom toppen af lysstyrken i det synlige område sandsynligvis først ville blive nået efter et par sekunder - nok til at vige og vende sig væk. Ikke at det hjalp meget.

De, der i det øjeblik ville være blevet fanget på gaden, ville have haft store problemer. Selvom de ikke var blevet forbrændt af varmen - og det ville de have været - ville de øjeblikkeligt have fået en dødelig forbrænding fra en enorm strøm af ultraviolet stråling. Ozonlaget ville bogstaveligt talt blive ødelagt øjeblikkeligt, og UV-stråling fra både gamma-stråleudbruddet og Solen ville frit nå jordens overflade, hvilket gør den, såvel som oceanerne, gold til en dybde på flere meter.

Og dette er kun fra UV-stråling og varme. Det virker grusomt overhovedet at nævne de meget, meget værre virkninger af eksponering for gamma og røntgenstråler.

Lad os i stedet fordybe os lidt. Gamma-stråleudbrud er utroligt sjældne. Selvom de højst sandsynligt forekommer flere gange om dagen et sted i universet, er universet i sig selv meget stort. I øjeblikket er sandsynligheden for, at en af dem vil forekomme i en afstand af 100 lysår fra os, nul. Perfekt, absolut nul. Der er absolut ingen stjerner i nærheden af os, der i princippet kunne generere et gammastråleudbrud. Den nærmeste supernovakandidat er længere væk, og GRB'er er meget sjældnere end supernovaer.

Få det bedre? Okay. Lad os nu prøve en mere realistisk tilgang. Hvad er den nærmeste kandidat til gammastråleudbrudskilder?

På himlen på den sydlige halvkugle er der en umærkelig stjerne for det blotte øje. Den kaldes Eta Carinae, eller blot Eta, en svag stjerne i en skare af lysere stjerner. Men hendes svage lys bedrager og skjuler hendes vrede bag sig. Den er faktisk omkring 7.500 lysår væk – faktisk den fjerneste stjerne, der kan ses med det blotte øje.

Stjernen selv (faktisk kan Eta være et binært system, to stjerner kredser om hinanden. Materialet omkring stjernen giver så meget lysstyrke og interferens, at astronomerne stadig ikke er hundrede procent sikre) er et monster: dens masse kan være 100 gange Solens masse eller mere, og den udsender 5 millioner gange mere energi end Solen – på et sekund udsender den lige så meget lys, som Solen vil udsende på to måneder. Fra tid til anden har Eta spasmer, og hun spyr enorme mængder stof ud. I 1843 fik hun et så voldsomt anfald, at hun blev den næstklareste stjerne på himlen, selv på så stor afstand. Den smed gigantiske mængder stof ud på mere end ti gange Solens masse med hastigheder på over 1,5 millioner km/t. I dag ser vi konsekvenserne af den eksplosion i form af to enorme skyer af divergerende stof, der ligner skuddet fra en rumkanon. Den begivenhed var næsten lige så stærk som supernovaen.

Eta har alle kendetegnene for en forestående GRB. Det vil helt sikkert eksplodere som en supernova, men det vides ikke, om det vil være et gammastråleudbrud af hypernova-typen eller ej. Det skal også bemærkes, at hvis det eksploderer og udsender et gammastråleudbrud, er orienteringen af dette system sådan, at strålen ikke rammer Jorden. Vi kan bestemme dette ud fra geometrien af de gasskyer, der blev kastet ud under angrebet i 1843: dele af den kvældende gas vippes i forhold til os i en vinkel på omkring 45°, og eventuelle gammastråleudbrud vil blive rettet langs den akse. Lad mig forklare mere specifikt: På kort eller endda mellemlang sigt truer gammastråleudbruddet fra Eta eller andre steder os ikke.

Men det er stadig interessant at overveje "hvad nu hvis". Hvad hvis Eta havde målrettet os og forvandlet til en hypernova? Hvad ville der så ske?

Igen, intet godt. På trods af at den ikke engang ville komme tæt på Solen i lysstyrke, ville den være lige så lys som Månen, eller endda ti gange lysere. Du kunne ikke se på det uden at skele, men den lysstyrke ville kun vare et par sekunder eller minutter, så der ville sandsynligvis ikke være nogen langsigtet skade på floraens eller faunaens livscyklusser.

Den ultraviolette stråle ville være intens, men kort. Mennesker udendørs vil opleve moderat solskoldning, men der vil sandsynligvis ikke være nogen statistisk signifikant stigning i forekomsten af hudkræft i fremtiden.

Men med gamma- og røntgenbilleder er situationen en helt anden. Jordens atmosfære ville absorbere disse typer stråling, og konsekvenserne ville være meget værre end i tilfældet med en nærliggende supernova.

Den mest direkte konsekvens ville være en kraftig elektromagnetisk puls, meget kraftigere end den, der blev genereret på Hawaii under de nukleare test af Starfish Prime-enheden. I dette tilfælde ville EMP (elektromagnetisk puls - ca. TASS) øjeblikkeligt ødelægge enhver uafskærmet elektronisk enhed i den halvkugle af Jorden, som var rettet mod udbruddet. Computere, telefoner, fly, biler, enhver genstand med elektronik ville holde op med at fungere. Dette gælder også for strømsystemer: enorme strømme ville blive sprøjtet ind i elledningerne, hvilket får dem til at overbelaste. Folk ville være uden elektricitet og uden nogen form for langdistancekommunikation (udstyret på alle satellitter ville alligevel være brændt ud af gammastråling). Dette ville ikke kun være til besvær, for det betyder, at hospitaler, brandvæsen og andre beredskabstjenester også ville være uden elektricitet.

Men som vi vil se om et øjeblik, har vi muligvis ikke brug for nødtjenester …

Konsekvenserne for Jordens atmosfære ville være alvorlige. Forskere studerer denne situation nøje. Ved at bruge de samme modeller beskrevet i kapitel 3 og antage, at GRB'en stammede fra Etas afstand, bestemte de, hvad konsekvenserne ville være. Og disse konsekvenser er slet ikke opmuntrende.

Ozonlaget ville blive hårdt ramt. Gammastrålerne fra eksplosionen ville fuldstændig ødelægge ozonmolekylerne. Ozonlaget på verdensplan ville blive reduceret med i gennemsnit 35 %, og i nogle udvalgte regioner ville det blive reduceret med mere end 50 %. Dette er utroligt skadeligt i sig selv - vel at mærke, vores nuværende ozonproblemer er forårsaget af et relativt lille fald, kun 3 % eller deromkring.

Konsekvenserne af dette er meget langsigtede og kan vare i årevis – selv efter fem år kan ozonlaget forblive 10 % tyndere. I løbet af denne tid ville UV-stråling fra Solen være mere intens på Jordens overflade. De mikroorganismer, der udgør rygraden i fødekæden, er meget følsomme over for det. Mange ville dø, hvilket i sidste ende ville føre til udryddelse af andre arter højere oppe i fødekæden.

For at toppe det hele vil den rødbrune nitrogendioxid, der genereres af gammastråleudbruddet fra Eta Carina (se kapitel 2 og 3) betydeligt reducere mængden af sollys, der når Jorden.

De nøjagtige konsekvenser af dette er svære at afgøre, men det forekommer sandsynligt, at et fald i mængden af sollys på hele Jorden med blot et par procent (nitrogendioxid ville spredes gennem atmosfæren) ville føre til en betydelig afkøling af Jorden og kunne formodentlig blive en initierende faktor for istiden.

Derudover ville der være nok salpetersyre i den kemiske blanding, som sur regn ville repræsentere, og det ville også teoretisk have ødelæggende konsekvenser for miljøet.

Dernæst er der et problem med subatomære partikler (kosmiske stråler) fra eksplosionen. Hvilken skade der ville have været af dem vides ikke specifikt. Men som vi diskuterede i kapitel 2 og 3, kan højenergipartikler have en lang række konsekvenser på Jorden. Et gammastråleudbrud 7.500 lysår væk ville sende et stort antal subatomære partikler ind i vores atmosfære, og de ville flyve med en hastighed lidt mindre end lysets hastighed. Blot et par timer efter, at udbruddet dukkede op, ville de allerede være brudt ind i vores atmosfære og udgydt en byge af myoner. Vi observerer konstant myoner, der ankommer fra rummet, men i små mængder. Imidlertid ville en nærliggende GRB generere en masse myoner. En gruppe astronomer beregnede, at op til 46 milliarder myoner pr. cm2 ville falde på Jordens overflade hen over hele sprængningshalvkuglen. Noget du får ud af dette, så husk så bare, at et nærliggende udbrud af gammastråling er slemt - forfatterens note). Det ser ud til, at det er meget – ja, det er det. Disse partikler ville fosse ud af himlen og blive absorberet af hvad der end måtte komme i vejen. I betragtning af hvor godt kropsvæv kan absorbere myoner, fandt astronomerne, der udførte beregningen, ud af, at en ubeskyttet person ville modtage en strålingsdosis, der er titusinder gange højere end den dødelige dosis. Det hjælper ikke meget at gemme sig: myoner kan trænge ned i vand til en dybde på næsten 2 km og op til 800 m ind i klipper! Derfor ville næsten alt liv på Jorden blive påvirket.

Så ozonnedbrydning ville ikke være så stor en sag. På det tidspunkt, hvor det blev et problem, ville de fleste af dyrene og planterne på Jorden have været døde for længe siden.

Dette er mareridtsscenariet beskrevet i begyndelsen af dette kapitel. Men før du begynder at gå i panik, så husk: Eta Carinas mulige gammastråleudbrud vil helt sikkert ikke være rettet i vores retning. Men før vi runder af, vil jeg sige, at der er en anden mulig stamfader til gamma-stråleudbruddet, som vi skal huske. Den hedder WR 104 og er tilfældigvis omtrent lige langt fra os som Eta. WR 104 er et binært system, hvor en af stjernerne er et oppustet massivt udyr, der nærmer sig slutningen af sit liv. Det kan eksplodere og udsende et gammastråleudbrud, og det kan være rettet mere eller mindre mod os, men begge disse antagelser er unøjagtige. Efter al sandsynlighed truer dette monster os heller ikke, men det er værd at nævne.