في 9 أكتوبر 2022، التقطت التلسكوبات في الفضاء دفقًا من الفوتونات عالية الطاقة تندفع عبر الكون باتجاه الأرض، وهو دليل على انفجار مستعر أعظم على بعد 1.9 مليار سنة ضوئية. تُعرف مثل هذه الأحداث بانفجارات أشعة جاما، وقال علماء الفلك الذين واصلوا دراسة هذا الحدث إنه “الأكثر سطوعًا على الإطلاق”.

الآن، اكتشف فريق من العلماء أن هذا الانفجار تسبب في تغيير ملموس في عدد الجسيمات المتأينة الموجودة في الغلاف الجوي العلوي للأرض، بما في ذلك جزيئات الأوزون، التي تمتص الإشعاع الشمسي الضار بسهولة.

وقال بيترو أوبرتيني، عالم الفلك في المعهد الوطني للفيزياء الفلكية في روما والذي شارك في اكتشاف الحدث الجوي: “لقد تم استنفاد الأوزون جزئيا – تم تدميره مؤقتا”. وقال الدكتور أوبرتيني إن التأثير كان قابلاً للاكتشاف لبضع دقائق فقط قبل أن يصلح الأوزون نفسه، لذلك لم يكن الأمر خطيرًا. لكن لو حدث المستعر الأعظم في مكان أقرب إلينا، “لكانت كارثة”.

ويوضح هذا الاكتشاف، الذي نُشر يوم الثلاثاء في ورقة بحثية نشرت في مجلة Nature Communications، كيف يمكن للانفجارات التي تحدث بعيدًا عن نظامنا الشمسي أن تؤثر على الغلاف الجوي، والذي يمكن استخدامه ككاشف عملاق للظواهر الكونية المتطرفة.

يتركز معظم الأوزون في الغلاف الجوي في طبقة رقيقة من طبقة الستراتوسفير، على ارتفاع حوالي 10 إلى 25 ميلاً فوق سطح الأرض. وفي هذه المنطقة اكتشف الباحثون ثقبًا في الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية، ناتج إلى حد كبير عن استخدام مواد كيميائية تسمى مركبات الكلوروفلوروكربون التي كانت موجودة في السابق في بخاخات الهباء الجوي والرغوة البلاستيكية. تمتص طبقة الأوزون معظم الأشعة فوق البنفسجية القادمة من شمسنا والتي يمكن أن تسبب حروق الشمس وسرطان الجلد وتلف المحاصيل.

أظهرت عمليات المحاكاة أن انفجار أشعة جاما في مجرتنا درب التبانة يمكن أن يمحو طبقة الأوزون الستراتوسفيرية لسنوات، وهي فترة كافية للتسبب في انقراض واسع النطاق.

ويوجد الأوزون أيضًا بتركيزات أقل في الأعلى في طبقة الأيونوسفير، وهو جزء من الغلاف الجوي يمتد من ارتفاع 37 إلى 310 ميلًا. على تلك الارتفاعات، يكون لها بعض التأثير الوقائي، ولكن أقل بكثير من المرتفعات المنخفضة.

ولدراسة تأثيرات انفجار أشعة جاما العام الماضي على الأرض، بحث الدكتور أوبرتيني وزملاؤه عن إشارات في الجزء العلوي من الغلاف الأيوني باستخدام بيانات من القمر الصناعي الصيني للزلازل الكهرومغناطيسية، وهو مركبة مدارية مصممة لدراسة التغيرات في الغلاف الجوي أثناء الزلازل.

لقد حددوا قفزة حادة في المجال الكهربائي في الجزء العلوي من الغلاف الأيوني، والتي ربطوها بإشارة انفجار أشعة جاما التي تم قياسها بواسطة المختبر الدولي للفيزياء الفلكية لأشعة جاما التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، وهي مهمة تم إطلاقها في عام 2002 لمراقبة الإشعاع من الكواكب السماوية البعيدة. شاء.

ووجد الباحثون أن المجال الكهربائي ارتفع بعامل قدره 60 عندما تأينت أشعة جاما (التي تطرد الإلكترونات بشكل أساسي من) جزيئات الأوزون والنيتروجين الموجودة في الغلاف الجوي. وبمجرد تأين الجزيء، يصبح غير قادر على امتصاص أي إشعاع فوق بنفسجي، مما يعرض الأرض مؤقتًا لمزيد من أشعة الشمس الضارة.

من المعروف أن انفجارات أشعة جاما تؤين الجزيئات الموجودة في قاع الغلاف الأيوني، على ارتفاع يصل إلى حوالي 215 ميلًا فوق سطح الأرض. لكن هذه هي المرة الأولى التي يثبت فيها العلماء أن الانفجارات الكونية مثل هذه يمكن أن تؤثر على الغلاف الأيوني بأكمله، وفقا لورا هايز، عالمة الفيزياء الشمسية في وكالة الفضاء الأوروبية التي لم تشارك في الدراسة.

وأضاف الدكتور هايز أنه من غير المألوف أن تسبب الظواهر الكونية البعيدة مثل هذه الاضطرابات الجوية الكبيرة. وكتبت في رسالة بالبريد الإلكتروني: “لحسن الحظ بالنسبة لنا، كان انفجار أشعة جاما هذا بعيدًا للغاية، مما جعل آثاره تثير فضولًا علميًا أكثر من كونها تهديدًا”.

وفقًا للدكتور أوبرتيني، إذا كان انفجار أشعة جاما أكبر بمليون مرة، فمن الممكن أن يؤدي إلى تأين الأوزون بدرجة كافية لإضعاف الحاجز الواقي لأيام أو أشهر.

لكنه قال إن فرص حدوث ذلك منخفضة. ومن النادر حدوث انفجارات بقوة الانفجار الذي انفجر العام الماضي، إذ تحدث مرة واحدة فقط كل 10 آلاف عام. ولأن أشعة جاما تتدفق من المستعرات الأعظم على شكل نفاثات، فيجب أيضًا أن تكون موجهة في الاتجاه الصحيح تمامًا لتضرب الأرض.

ومع ذلك، فإن معرفة كيفية استجابة الغلاف الأيوني لأي ظاهرة كونية أمر مهم بالنسبة للتهديدات الأقرب إلى الوطن. وقال الدكتور هايز: “إنه يساعدنا على قياس وقت التعافي بعد التأين الكبير، خاصة في السيناريوهات التي تنطوي على توهجات شمسية شديدة من شمسنا”.

والخبر السار هو أن الأوزون يصلح نفسه: في نهاية المطاف، يتم استعادة الإلكترونات المحررة بواسطة الجزيئات المتأينة في الهواء. في هذه الحالة، تمت استعادة جزء من الدرع الذي يحمي الأرض من أخطار الفضاء الهائلة، مما يحافظ على الكوكب وسكانه آمنين لفترة أطول من الإشعاع القاتل الذي قد ترسله الشمس في طريقنا.