K L I M A T I S K E&

B I O L O G I S K E E F F E K T E RV E D N Æ R G A M M A G L I M T O G S U P E R N O V A

L A R S V. T . O C C H I O N E R O

3 0 . N O V E M B E R 2 0 0 7

S T U D I E K O R T N R : 2 0 0 5 2 1 3 3

Introduktion

I de senere år har vi haft en meget heftig diskus-sion omkring Jordens klimaforandringer, om h-vorvidt de er skabt af mennesker eller har en na-turlig årsag. En af de naturlige årsager der frem-stilles er at Solen, og den kosmiske baggrundsstrå-ling har en indflydelse, og at man kan se at Jordensklima tit tidligere har ændret sig drastisk.

Vi kan forestille os at meget voldsomme fæno-mener i universet, som f.eks. supernovaer og gam-maglimt, også vil kunne have en væsentlig ind-virkning på vores klima, hvis de ellers sker indenfor en ikke alt for fjern afstand. Dette ville ogsåmedføre en biologisk effekt, og kan måske forkla-re nogle af de store præ-historiske begivenheder,som menneskets udvandring, masseudryddelsermm.

I denne opgave skal vi kigge på hvilke modellerder findes for de klimatiske, og biologiske udvik-linger ved en nær supernova eksplosion og gam-maglimt. Vi skal kigge på hvilke parametre somvil have indflydelse, og om disse fænomener no-gensinde har spillet en rolle for Jorden.

Gammaglimt

Vi starter med at kigge på udviklingen ved gam-maglimt. Gammaglimt er fænomener hvor manhar observeret meget voldsomme udbrud af ener-gi i gammaområdet, i tidsrum fra få sekunder tilminutter. Disse effekter menes bl.a. at kunne fore-komme under et meget voldsomt stjernekollaps ien supernova. Vi skal kigge på hvilke modeller vihar for hvordan klimaet på Jorden vil ændres h-vis vi blev ramt af et gammaglimt, som udsprangrelativt tæt på Jorden.

Klimatiske effekter ved nærgammaglimt

Vi starter med at kigge på de klimatiske ændrin-ger et gammaglimt kan fremprovokere. Vi kan fo-restille os at en så stor udladning af energi vil ha-ve indflydelse på klimaet. Vi skal kigge på, at detområde som vil blive beskadiget er Jordens ozon-lag, da en så kraftig mængde stråling vil øge defotolytiske reaktioner, som naturligt er igangsat afSolens stråling, som nedbryder ozonlaget.

Modellerne

Da vi ikke har direkte målinger af de klimatiskeeffekter ved et gammaglimt, vil alle de modellervi har for det være computersimulerede. Man hari simulationerne anvendt følgende antagelser (T-homas et al., 2005): Vi ser på et gammaglimt meden luminositet på 5× 1044 W med en varighed på10 s i en afstand ≤ 2 kpc. Der ses i øvrigt bort framenneskelig indvirkning på klimaet, da formåletmed simuleringen er at se om et gammaglimt kanhave forårsaget masseudryddelsen i slutningen afOrdovicium, for ca. 440 mio. år siden.

Generelle klimatiske ændringer

For at se hvordan et gammaglimt påvirker de kli-matiske forhold, skal vi først se hvordan de klima-tiske forhold ændrer sig helt naturligt tidssmæs-sigt og geografisk. Denne ændring kan vi så træk-ke fra i modellerne når vi introducerer gammag-limt. På figur 1 ser vi en graf over ændringerne i

Figur 1: Årlig og geografisk variation af ozons søj-ledensitet uden påvirknining af gammaglimt (T-homas et al., 2005, Fig. 2)

atmosfærens indhold af ozon. På x-aksen har vi ti-den, som løber over et år, på y-aksen har vi Jor-dens breddegrad, hvor 0◦ er ækvator, 90◦ er nord-polen og −90◦ er sydpolen. Farveskalaen indike-rer søjledensiteten af ozon. Som vi kan se er der enændring som funktion af året. Vi ser at når vi haret minimum på nordpolen har vi maksimum påsypolen og vice versa, hvorimod ækvator er stortset upåvirket. Dette tyder på at variationen har en

1

afhængighed af Solens lys, da det lige passer medat der er mindst ozon i de mere solbelyste områ-der, som ækvator og polerne, skriftevis når det ersommer og vinter. Vi skal for at forstå hvorfor vihar disse ændringer, se på følgende reaktioner:

O3 + γ O2 + O (1)N + O2 → NO + O (2)

N + NO → N2 + O (3)

Vi starter med at kigge på (1). Denne reaktion kanløbe, som vi kan se, begge veje. Ved sollys, ved e-nergier under 242 nm, vil reaktionen løbe fra højremod venstre, og producere ozon. Ved højere ene-rigier vil fotonerne have nok energi til at foretagefotodissociation, og reaktionen vil løbe fra venstremod højre. Dette er årsagen til at vi ser et dyk iozon ved sommer og vinterperioden for hhv. nord-og sydpol, og at ozonmængen er relativt lav vedækvator. I reaktion (2) og (3) ser vi at noxider(NOy) har en ozonnedbrydende effekt. De bevir-ker nemlig at O2 bindes til kvælstof og ikke dan-ner mere ozon, og skubber reaktion (1) mod højre.Dannelsen af NO2 er også fotolytisk således at NOskabes ved fotodissociation af NO2 ved høje ener-gier, og NO2 skabes ved oxidation af NO ved lave-re energier. Dette gør at de to noxider alternerendeer til stede både i dag- og nattetimer.

Ændringer ved gammaglimt

Vi vil nu bestråle Jorden med et gammaglimt. Påfigur 2 ser vi ændringen af søjledensiteterne forozon og noxider ved gammaglimt, uden at kiggepå de variationer vi har set foregår som funktionaf geografi og tid. Gammaglimtet rammer Jordenkl. 0, hvorefter vi kan se et meget hurtigt dyk i søj-ledensiteten for ozon. Dette sker da reaktion (1)vil gå i meget større grad mod højre, da vi medgammaglimtet har tilført en masse energi. Samti-dig ser vi at vi får en kraftig forøgelse af noxider-ne, som begynder at omdannes indbyrdes, som be-skrevet tidligere, men med langt større effekt, så-ledes at den generelle mængde noxider er kontant.Dette bevirker at vi får en ændring i ozon, som ik-ke hurtigt kan genoprettes efter den relativt kor-te tid selve glimtet varer, men som pg.a. den nyenoxid-densitet i atmosfæren bliver mere langva-rig. Vi kan altså se at effekterne ved bestråling afgammaglimt er mere alvorlige end som så.

Figur 2: Ændring af søjledensiteten for ozon ognoxider efter gammaglimt kl. 0. De generelle æn-dringer er fjernet (Thomas et al., 2005, Fig. 3)

Vi har tidligere set at ozons og noxidernes ud-vikling dog er meget afhængig af periode og geo-grafi. Det kan derfor tænkes at der også vil væreændringer i systemet hvis vi kigger på hvor og h-vornår gammaglimtet rammer Jorden, noget somfigur 2 ikke tager hensyn til. Vi vil nu kigge påændringer i ozon og noxider for gammaglimt somrammer Jorden ved forskellige breddegrader ogved forskellige årstider.

Ændringer af noxider

Vi starter med at kigge på hvordan noxidernes søj-ledensitet vil ændre sig efter et gammaglimt. På fi-gur 3 på næste side ser vi en samling af 20 smågrafer. Hver repræsenterer de globale ændringeraf søjledensiteten for noxiderne, dog ved forskelli-ge scenarier. Horisontalt ser vi hvordan årstiden h-vori gammaglimtet indtræffer, påvirker Jorden (Viser for marts, juni, september og december) og ver-tikalt ser vi hvordan breddegraden hvor gammag-limtet rammer påvirker Jorden (for −90◦–90◦ med45◦ interval). På alle grafer indtræffer gammag-limtet kl 12.00, som markeres som tiden 0.

Vi ser at ændringerne for densiteten er væsentli-ge så snart gammaglimtet indtræffer. Vi ser at derer væsentlig forskel på hvor gammaglimtet ram-mer, og i hvilken periode det rammer. Vi ser at vialtid har en voldsom påvirkning til at starte medi den breddegrad hvor gammaglimtet rammer, h-vorefter effekten bredes til resten af Jorden. Spe-

2

Figur 3: Grafer for noxiders søjledensitetsændringer ved gammaglimt på forskellige tider og forskelligebreddegrader (Thomas et al., 2005, Fig. 4)

cielt kan man se at effekten ved ækvator hurtigtspredes til polerne, hvorimod hvis gammaglimtetindtræffer på polerne, bliver ændringerne mere lo-kaliseret. Dette skyldes at vi har en atmosfærisktransport fra ækvator til polerne via corioliskræf-ten, samt at Solen ved ækvator vil hjælpe med atrette op på situationen.

Ændringer af Ozon

Tilsvarende kan vi kigge på ændringerne i ozonssøjledensitet, som funktion af hvor og hvornår g-limtet indtræffer Som det ses på figur 4 på den føl-gende side ser vi samme effekter som vi så for æn-dringerne i noxidernes søjledensitet, altså at æn-dringerne ved ækvator bliver skubbet op til poler-

3

Figur 4: Grafer for ozons søjledensitetsændringer ved gammaglimt på forskellige tider og forskelligebreddegrader (Thomas et al., 2005, Fig. 5)

ne, og ændringerne ved polerne er mere lokale, ogat ændringerne er øjeblikkelige efter et gammag-limt. Vi kan nu se hvordan de årlige flukturatio-ner i ozon, som vi tidligere har set på, påvirkergammaglimtets påvirkning. Vi ser at der for po-lerne nu er en væsenligt forskel på hvorvidt gam-maglimtet sker i marts eller september måned, ogat polernes påvirkning, lige som de generelle æn-

dringer, er antisymetriske. Kigger vi på nordpo-len, ser vi at effekterne er værst når gammaglimtetfremkommer i september måned. Dette skyldes atgammaglimtet rammer lige i starten af polarmør-ket, og dermed i en periode hvor der ikke vil væ-re noget sollys til at genetablere ozon de næste ca.seks måneder. Som vi ser, påvirker dette klimaetlænge.

4

Figur 5: Grafer for ozons procentvise søjledensitetsændringer ved gammaglimt på forskellige tider ogforskellige breddegrader (Thomas et al., 2005, Fig. 6)

Vi kan nu prøve at se på de ændringer som u-delukkende er forårsaget af gammaglimtet, ved atse på de procentvise ændringer i ozons søjledensi-tet. Kigger vi på figur 5 ser vi (måske tydeligere)de samme effekter vi har diskuteret før, nemlig atdet går værst for sig på nordpolen hvis gammag-limtet rammer i september måned og bedst i martsmåned og vice versa for sydpolen. Noget bemær-

kelsesværdigt vi dog kan observere på denne grafer at det ser ud til at der ved gammaglimt i nær-heden af polerne, i starten har nogle spikes medfå måneders varighed hvor der ser ud til ikke atnedbrydes, men produceres ozon, som altså kangive nogle små ozonlommer. Dog forsvinder dis-se spikes effekter i det lange løb. Men hvor længevil Jorden være påvirket af disse ozon ændringer?

5

Kigger vi på figur 6 ser vi at uafhængigt af hvil-

Figur 6: Procentvis ændring af ozons søjledensitetsom funktion af tid ved forskellige scenarier (Tho-mas et al., 2005, Fig. 7)

ket scenarie der finder sted, ser det ud til at ozonhar genetableret sig selv i løbet af 10 –12 år. Den-ne ændring sker hurtigst ved ækvator, som vi ogsåhar set på figurerne 3 til 5 på side 3–5 pga. corio-liskræfterne, som tenderer til at skubbe de danne-de noxider mod polerne, og en mere effektiv solin-tensitet som kan genskabe ozon. Årsagen til at e-tableringen sker i løbet af 10–12 år er at noxiderneshar en begrænset levetid da de efterhånden trans-porteres op i troposfæren, hvorefter de kan bliveregnet væk. Halveringstiden for sådan en proceser ca. fem år, og det betyder altså at vi efter to hal-veringstider har nedbragt antallet af noxider noktil at vi kan genetablere ozonlaget.

Kortvarige ændringer

Vi har nu set på relativt langvarige ændringer afvores klima. Alle graferne i de to forrige afsnit haren tidsskala på flere år, men vi har alligevel på-stået at ændringere ved et gammaglimt er øjeblik-kelige. For at se nærmere på dette kan vi se påmere kortvarige ændringer af ozon efter gammag-limt. Tabel 1 viser de globale og lokale gennem-snitlige procentvise ændringer af ozon, for gam-maglimt som rammer på forskellige tider af døg-net i marts måned på ækvator. Vi ser at vi allere-de har en anderledes ændring af ozon, bare vedforskellige tidspunkter på dagen hvori gammag-limtet rammer. Vi ser at vi om natten har en større

Time of Day Global Average LocalizedNoon −36 −552 P.M. −37 −554 P.M. −37 −556 P.M. −36 −558 P.M. −40 −5710 P.M. −40 −57Midnight −40 −572 A.M. −40 −574 A.M. −40 −576 A.M. −37 −558 A.M. −37 −5510 A.M. −37 −55

Tabel 1: Maksimal procentvis ozonændring forhver anden time for udbrud i marts ved ækvator(Thomas et al., 2005, Tabel 3)

ændring, både globalt og lokalt, hvilket stemmeroverens med at der om natten ikke er nogen soltil at genoprette ozon, og at der om natten sker enstørre produktion af noxider. Vi kan nu prøve atse på meget kort skala hvordan gammaglimtet på-virker ozon, for at se om det faktisk er instantantSer vi på figur 7 kan vi se at ændringerne i søjle-

Figur 7: Søjledensitet af noxider, for gammaglimt imarts ved ækvator. (Thomas et al., 2005, Fig. 11)

densiteten for noxiderne faktisk er instantane, ogvi derfor har en reel ændring af vores klima så s-nart gammaglimtet indtræffer.

6

Figur 8: Grafer for de relative ændringer af sollysets flux ved gammaglimt på forskellige tider og for-skellige breddegrader (Thomas et al., 2005, Fig. 19)

Istider efter gammaglimt

Vi har nu set hvordan et gammaglimt med retningmod Jorden kan påvirke ozonlaget i vores atmos-fære. Men der er flere klimatiske effekter som etgammaglimt kan forårsage. Som nævnt tidligerevil gammaglimtet kontribuere til dannelse af noxi-der. NO er et stof som har en høj albedo, altså kan

den øge Jordens refleksion af lyset, og dermed s-ænke dens temperatur. NO produceres ved reak-tion (2) og nedbrydes ved reaktion (3). Men understore energier, som under vores gammaglimt, vilreaktionerne forskubbes således at (2) forløber væ-sentlig hurtigere end (3), som dermed giver anled-ning til en kraftig forøgelse af NO. Denne væsent-lige forøgelse af mængden af NO kan forsage en

7

istid, i løbet af perioden mens ozonlaget er væk.Dette er interessant da man ofte nemt kan datereistider, og disse kan altså fungere som indicie for,om et gammaglimt nogensinde har forsaget klima-tiske ændringer på Jorden. Vi ser på figur 8 på fo-regående side at der meget vel kan ske en ændringi sollysets flux, og dermed en temperaturændringsom kan skabe en istid, efter et gammaglimt. Selv-følgeligt ser vi at vi får de største ændringer vedde scenarier hvor der produceres flest noxider, alt-så f.eks. ved nordpolen i september måned.

Biologiske ændringer ved gammaglimt

Vi har nu kigget på de klimatiske ændringer vedet nært gammaglimt. Men enhver så drastisk kli-matisk ændring vil også medføre en biologisk æn-dring. Ozon kan, i kraft af reaktion (1) på side2, absorbere 90% af den UV stråling som Solenudsender (i bølgelænder mellem 290 nm–315 nm).Ioniserende elektromagnetisk stråling kan beska-

Figur 9: Skade på DNA som funktion af strålin-gens bølgelængde (Thomas et al., 2005, Fig. 1)

dige DNA, ved at de elektroner som dannes vedionisering kan gå ind og „klippe“ i DNAs dobbel-te helix strukturer, enten ved at kun beskadige enaf strengene, hvilket vil forsage celleskader, ellerved at beskadige begge strenge i strukturen, og gi-ve mulighed for forkert gensamling af DNA, ogdermed forsage forandringer som kan føre til cel-lemutationer som f.eks. kræftceller. Som man kanse på figur 9 så er netop de bølgelænder som ozon

absorberer ganske skadelige for DNA (hvilket erjo årsagen til at man bør passe på ikke at bliveskoldet af Solen). Ved en væsentlig nedbrydningaf ozon, kan vi altså forestille os at vi også tilsva-rende får en væsentlig mængde skader. På figur10 på næste side ser vi hvordan de forskellige s-cenarier for bestråling af gammaglimt, vil forsageDNA skader. Figuren er normaliseret efter de gen-nemsnitlige årlige antal DNA-skader, så man kunser de effekter som gammaglimtet forårsager. Viser at det generelle største antal DNA-skader fore-kommer ved ækvator og breddegraderne omkringden. Samtidig ser vi at den største skade sker i descenarier hvor ozonnedbrydningen er størst. Der-imod ser det ud til at DNA-skader kun er lokalise-ret omkring den pol som gammaglimtet eventueltrammer. Det vil altså sige at ved et gammaglimt,vil man have de største overlevelseschancer i nær-heden af polerne, i særdeleshed hvis gammaglim-tet rammer den anden pol.

Præ-historisk evidens forklimaforandringer forårsaget afgammaglimt

Vi kan nu kigge på, om vi nogensinde på Jordenhar haft en periode, som kunne være blevet påvir-ket af et gammaglimt. Masseudryddelsen som af-sluttede Ordovicium perioden er en meget kryptisken af slagsen (Melott et al., 2004). Ordovicium, somspænder fra ca. 488 til 444 mio. år siden, afslutte-des under en næsten total udrydelse af store de-le af havets invertebrater, under en relativ kortva-rig istid, som brat afkølede den ellers varme (pga.kraftig drivhuseffekt) Jord. En af de årsager somman har attribueret denne begivenhed har væretnetop et gammaglimt. Evidenserne for det, er denkortvarige istid som fulgte af udryddelsen, somvi har set kan forekomme efter et gammaglimt p-ga. forøgelse af NO i atmosfæren, og det faktumat mange af de dyr som blev udryddet var megetfølsomme over for stråling, og levede omkring æ-kvator i ikke alt for dybt vand (som kan skærmefor strålingen) hvilket passer meget godt med be-skrivelsen af hvilke områder der ville blive ramtaf DNA-skader efter et gammaglimt. Der arbejdesdog også med andre modeller for masseudryddel-

8

Figur 10: Grafer for relative DNA skader ved gammaglimt på forskellige tider og forskellige breddegra-der (Thomas et al., 2005, Fig. 17)

sen, som ikke involverer gammaglimt. 1

1Afsnittet „Gammaglimt“ er udfærdiget ud fra Thomaset al. (2005) og Melott et al. (2004)

Supernova

Når en stor stjerne nærmer sig sin død, vil den bli-ve ustabil når den får dannet en jernkerne, som ik-ke kan anvendes i den videre energiproduktion.Dette medfører at stjernen begynder at kollapse,dog under nogle voldsomme stød, som kan fåstjernen til at eksplodere i en supernova, som er

9

en af de mest voldsomme og energirige processerman kan observere i universet. Supernovaer slyn-ger moderstjernens materiale ud i rummet, sam-men med store mængder energi, som får super-novaen til at lyse klarere end resten af galaksen inogle uger til måneder, og andre kosmiske partik-ler, og bidrager dermed til mængden af kosmiskepartikler i universet, som kan tænkes at have enindflydelse på Jordens klima. Samtidig må en re-lativt nær supernova også have indflydelse på Jor-dens klima.

Klimatiske effekter ved nær supernova

En stjernes levealder er afhængig af dens masse,således at store, tunge stjerner, som kan danne su-pernovaer, lever i kortere tid end mindre stjernersom Solen. Derfor kan vi i løbet af Solens, og der-med Jordens, levetid opleve op til flere af sådan-ne store stjernes fulde udvikling. Altså må vi ef-ter perioder med stjernedannelse af store stjerner,efterfølgende have en periode med supernovaer.Da stjernedannelse viser sig at foregå i perioderskulle vi på Jorden kunne observere en ændring afklimaet som foregår nogle millioner år efter peri-oden med stjernedannelse. Men hvordan påvirkersupernovaer klimaet?

Under supernova vil vi få dannet store mæng-der kosmiske partikler og fotoner. Når kosmiskepartikler rammer Jordens atmosfære, vil de reage-re med atmosfæren, og danne en shower af forskel-lige typer partikler, nogle af hvilke vi kan obser-vere på Jorden (som f.eks. myoner). En teori forklimatiske forandringer på Jorden er at kosmiskepartikler fungerer som de elementer hvorpå vandkan kondenseres for at lave skydannelse. Model-len forudsiger således at de periodiske ændringerder har været af Solens aktivitet, og dermed mag-netfelt som afskærmer Jorden fra mange af de kos-miske partikler, kan have haft en indflydelse påJordens klimatiske udvikling. Men selvfølgelig vilmængden af kosmiske partikler også spille en rol-le, således at hvis vi bevæger os i et område medstore mængder kosmiske partiler, vil vi få en stør-re skydannelse på Jorden. Dette kan f.eks. ske un-der en periode med supernova. Skydannelse påJorden bevirker at Jordens albedo stiger og Jordendermed nedkøles. Sker dette i tilpas stor grad kanen stor shower af kosmiske partikler forårsage en

istid.

Klimaændringer efter stjernedannelse

Vi kan nu prøve at undersøge om vi har en rela-tion mellem stjernedannelse og istider på Jorden(Marcos and Marcos, 2007). På figur 11 ser vi at

Figur 11: Normaliseret stjernedannelse i nabo-områder som funktion af tiden. Perioderne medstjerne indikerer perioder med istid på Jorden. Detegnede linier er moving averages for forskellige pe-riodicitet af stjernedannelse. (Marcos and Marcos,2007, Fig. 2)

vi efter en peak i stjernedannelse har, efter få Myr,kommer der en istid på Jorden. Dette ser i hvertfald ud til at gælde for de første par peaks. For bed-re at kunne se relationen mellem istider og stjer-nedannelse for de andre punkter, kan man plot-te en graf for stjernedannelse som funktion af is-tid, og se om vi har en sammenhæng. Dette kanvi se på figur 12 på næste side hvor vi kan se atvi med lidt god vilje kan fitte punkterne til en retlinie, og vise at der er en direkte relation mellemstjernedannelse og efterfølgende istider på Jorden.Selvfølgelig ser vi at vi har store usikkerheder påmålingerne af tiderne, og tendensen kan derformåske mere være affødt af menneskelig symbol-genkendelse end reel sammenhæng. Men kiggervi på det kunne det altså tyde på at, om ikke andet,så har de supernovaer som efterfulgte stjernedan-nelse haft en indvirkning på vores klima.

Klimaændringer ved større tidsskala

Når vi ser at stjernedannelse i naboegne kan giveen effekt på Jordens klima, kan vi forestille os at

10

Figur 12: Sjernedannelse som funktion af istid påJorden. Itegnet lineær fit som viser at der skullevære en relation. (Marcos and Marcos, 2007, Fig.6)

vi kan have meget vidtrækkende effekter på klimahvis vi kigger på den kosmiske stråling som stam-mer fra hele Mælkevejen. Til dels har vi at vi rote-rer rundt i Mælkevejen i løbet af et par hundredemillioner år. Dette bevirker at vi i nogle perioderpasserer gennem galaksearmene, som vi ved ersted for stor stjernedannelse, og dermed kan for-klare klimatiske effekter over relative korte tids-skalaer. Men kigger vi på den generelle galaktiskekosmiske stråling ser vi at vi også her har en effekt(Svensmark, 2003) Vi kigger på figur 13. På denøverste graf ser vi ændringerne af galaktiske kos-miske stråler i løbet af solsystemet historie. Disseændringer er fundet ud fra modelberegninger. Påden nederste graf ser vi ændringerne af Jordensindhold af CO2 og havniveau, som begge er pa-rametre for Jordens klima. Sammenligner vi de tografer ser vi at de svarer nogenlunde overens, ogkigger vi på de grå felter i den nederste graf, somrepræsenterer perioder med istid på Jorden, ser viat disse passer nogenlunde overens med de områ-der med stor kosmisk stråling. Vi ser altså at kos-miske stråler, og dermed supernovaer, generelt serud til at have haft en indflydelse på ændringerne iJordens klima over lange tidsperioder.

Figur 13: Øverst(A): Galaktisk baggrundsstrålingsom funktion af solsystemets historie. Nederst(B):Relative ændringer af havniveau (tykke line) ogCO2 (Stripplede linie) som funktion af solsyste-mets historie, med istider markeret som grå felter.Begge tidsskala er ens. (Svensmark, 2003, Fig. 4)

Evidens for supernova induceredepåvirkninger af Jorden

Vores evidens for en sammenhæng mellem Jor-dens klima og supernovaer er indtil videre baseretpå modelberegninger og simuleringer. Det kunnevære godt at få et håndgribeligt bevis på at su-pernovaer vitterligt har påvirket Jorden på denene eller anden måde. Under en supernova ud-sendes også moderstjernens oprindelige materia-le. Det kan derfor tænkes at hvis Jorden har væretpåvirket af en supernova på klods hold, vil nogetaf stjernens materiale være blæst på Jorden. Su-pernovaer danner bl.a. jern-isotopen 60Fe som ikkefindes på Jorden naturligt (Knie et al., 2005). Underudgravninger af sedimenter på havets bund, fin-der man Mangan-Jern legeringer i lag, som mannetop kan bruge til at datere tilbage. På figur 14på næste side ser vi 60Fe/Fe som funktion af sedi-mentets alder. Vi ser en tydelig peak ved en alderpå omkr. 2.8 Myr. Da 606

0Fe som sagt ikke bur-de eksistere på Jorden, kan vi se at vi her har e-videns for at en, eller flere, supernovaer ganskekorrekt er eksploderet på relativ tæt hold, og kan

11

Figur 14: 60Fe/Fe som funktion af sedimentets al-der. Den stiplede linie indikerer baggrunden. (K-nie et al., 2005, Fig. 1)

have givet variationer i klimaet. Man skal dog hol-de hovedet koldt. Det viser sig nemlig at meteorit-ter under bombardament fra kosmisk stråling fak-tisk kan danne 606

0Fe, og de forekomster vi alt-så finder kan stamme fra nogle mini-meteorittersom er indkapslet i mangan-jern sedimentet i ste-det (Basu et al., 2007). Under dannelse af 606

0Fepå meteoritterne, vil der også være en dannelse afhelium-isotopen 33He, som altså ikke er dannet afsupernova. Vi kan altså detektere om vores 606

0Festammer fra supernova eller minimeteoritter, vedat samtidig kigge på forholdet mellem 33He og Hei det samme sediment. Vi kan se på figur 15 at vi iden periode hvorfra vores 60Fe stammer, også haren markant forøgelse af 3He, og selvom der ser udtil generelt at være mere He i de tidligere perioder,så kan vi se at forholdet 3He/4He også er højerefor denne periode. Altså kunne det tyde på at detfundne 606

0Fe ikke stammer fra supernova, menfra minimeteoritter. Dog er det ikke fordi usikker-heden på figur 15 er meget høj, så vi kan stadighave en effekt fra supernovaer.

Figur 15: Koncentration af 4He og 3He og forhol-det mellem dem som funktion af sedimetentet al-der. De grå områder indikerer det alder hvor manhar fundet 60Fe. (Basu et al., 2007, Fig. 1)

12

Historiske eftervisninger

Vi har kigget hovedsageligt på hvordan super-novaer påvirker Jordens klima ved at frembringekosmiske partikler. Dog kan vi forestille os at hvisen supernova går af meget tæt på os, vil vi opleveeffekter som kunne ligne dem ved et gammaglimt,med nedbrydelse af ozon pga. stråling osv.

Vi kan se, ligesom ved gammaglimt, om super-novaer har betydet noget for den præ-historiskeudvikling. Der er teorier som går på at de klima-forandringer som satte mennesket igang med atudvandre fra Afrika, faktisk stammede fra en su-pernova. Samtidig er der også teorier om at super-novaer kan have forårsaget en meteorstorm somkunne have udryddet mammutten (Krotz, 2006).Dog er det sidste ret tvivlsomt hvis man spørgerandre eksperter, da de ser mammuttens udryddel-se som en blanding af klimatiske ændringer ogmenneskelige forhold, og placerer således mam-muttens som det første dyr som blev udryddet afmennesket. 2

Konklusion

Vi har nu kigget på hvordan disse meget voldsom-me fænomener kan påvirke Jorden. Vi har gam-maglimtene, som kan udrydde ozonlaget og ska-be små istider, og supernovaer som udsender kos-miske stråler som kan katalysere skydannelse, ogdermed give Jorden en større albedo, som kan for-årsage istider. Alt i alt ved vi ikke præcist hvad dervil ske hvis et nært gammaglimt eller supernovaville ramme os i dag.

Vi kan tænke os at de menneskeskabte ændrin-ger i atmosfæren, som f.eks. vores egen udhulingaf ozonlaget, ville spille negativt ind under et e-ventuelt gammaglimt, da vi nemmere ville få ensituation med meget lidt ozon, som i de værste til-fælde i vores modeller. Dog kan vi overveje hvadsandsynligheden er for at blive ramt af et gam-maglimt som er tæt nok på at forsage skader påos. Disse fænomener regner man med, er megetretningsbestemte, og for tiden er der specelle pro-grammer som alle kikkerter skal følge når manblot observerer ét enkelt gammaglimt som er me-

2Afsnittet „Supernova“ er udfærdiget ud fra Basu et al.(2007), Marcos and Marcos (2007), Knie et al. (2005), Svensmark(2003) og Krotz (2006)

get fjernt. Så personligt tror jeg ikke at vi bliver be-strålet af gammaglimt inden for de næste mangeår.

Når det gælder supernovaer så er den sidst ob-serverede supernova i Mælkevejen fra 1050, og vikan dermed se at fænomenet er relativt sjældent,desværre. Hvis vi skal vide mere om hvordan Jor-dens klima er blevet, og bliver påvirket af kosmi-ske fænomener skal vi bruge mere viden om dissefænomener, og dermed flere målinger.

En viden omkring disse fænomener kan muligisgive os en bedre forståelse af Jordens udvikling,naturlig som kulturel, og samtidig kan vi se at kli-maforandringerne vi også i dag oplever på Jordenkan skyldes mange ting. Hermed er det absolut ik-ke sagt at mennesket ikke har haft en indflydelsepå klimaet de sidste århundreder. De effekter vihar set har enten været praktisk taget instantane,som ved gammaglimt, eller forløbende over me-get lange perioder, så de kan ikke fuldt ud forkla-re Jordens nuværende udvikling. Til gengæld kanvi overveje hvordan modellerne ville se ud hvis viintroducerede den menneskelige effekt. Måske vilvores ændringer i klimaet koste os endnu dyrere ien katastrofesituation.

Men nu må vi vente og se til den næste su-pernova indtræffer i Mælkevejen, så vi bedre kanlære noget om dem. Vi har mange kandidater afstjerner som ligger inden for en ikke alt for fjernafstand, som er på vippen til at eksplodere, somf.eks. Betelgeuse i stjernebilledet Orion. Vi kan alt-så konkludere, som sædvanligt for denne forsk-ningsgren, at vi ønsker flere supernovaer og gam-maglimter til at give os nogle målepunkter. Barede ikke er for tæt på os.

13

Litteratur

Basu, S., F. Stuarta, C. Schnabel, and V. Klemm(2007, April). Galactic-cosmic-ray-produced3He in a ferromanganese crust: Any supernova60Fe excess on earth? Physical Review Letters PRL98, 141103.

Knie, K., G. Korschinek, T. Faestermann, E. Dor-fi, G. Rugel, and A. Wallner (2005, November).60Fe anomaly in a deep-sea manganese crustand implications for a nearby supernova source.Physical Review Letters, Volume 93, Number 17, 22.

Krotz, D. (2006). Supernova explosion may havecaused mammoth extinction.

Marcos, R. D. L. F. and C. D. L. F. Marcos (2007).On the correlation between the recent star for-mation rate in the solar neighbourhood and theglaciation period record on earth. arXiv:astro-ph/0405451v1.

Melott, A., B. Lieberman, C. Laird, L. Martin,M. Medvedev, B. Thomas, J. Cannizzo, N. Ge-hrels, and C. Jackman (2004). Did a gamma-ray burst initiate the late ordovician mass extin-ction? International Journal of Astrobiology 3 (1) :5561.

Svensmark, H. (2003). Cosmic rays and the evo-lution of earths climate during the last 4.6 billi-on years. Submitted to Physical Review Letters16th June 2003.

Thomas, B. C., A. L. Melott, C. H. Jackmana, C. M.Laird, M. V. Medvedev, R. S. Stolarski, N. Geh-rels, J. K. Cannizzo, D. P. Hogan, and L. M. Ejzak(2005, November). Gamma-ray bursts and t-he earth: Exploration of atmospheric, biological,climatic, and biogeochemical effects. The Astrop-hysical Journal 634:509533.

14

Figurer

1 Årlig og geografisk variation af ozons søjledensitet uden påvirknining af gammaglimt (Tho-mas et al., 2005, Fig. 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Ændring af søjledensiteten for ozon og noxider efter gammaglimt kl. 0. De generelle æn-dringer er fjernet (Thomas et al., 2005, Fig. 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3 Grafer for noxiders søjledensitetsændringer ved gammaglimt på forskellige tider og forskel-lige breddegrader (Thomas et al., 2005, Fig. 4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4 Grafer for ozons søjledensitetsændringer ved gammaglimt på forskellige tider og forskelligebreddegrader (Thomas et al., 2005, Fig. 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

5 Grafer for ozons procentvise søjledensitetsændringer ved gammaglimt på forskellige tiderog forskellige breddegrader (Thomas et al., 2005, Fig. 6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

6 Procentvis ændring af ozons søjledensitet som funktion af tid ved forskellige scenarier (T-homas et al., 2005, Fig. 7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

7 Søjledensitet af noxider, for gammaglimt i marts ved ækvator. (Thomas et al., 2005, Fig. 11) . 68 Grafer for de relative ændringer af sollysets flux ved gammaglimt på forskellige tider og

forskellige breddegrader (Thomas et al., 2005, Fig. 19) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Skade på DNA som funktion af strålingens bølgelængde (Thomas et al., 2005, Fig. 1) . . . . . 810 Grafer for relative DNA skader ved gammaglimt på forskellige tider og forskellige bred-

degrader (Thomas et al., 2005, Fig. 17) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911 Normaliseret stjernedannelse i nabo-områder som funktion af tiden. Perioderne med stjerne

indikerer perioder med istid på Jorden. De tegnede linier er moving averages for forskelligeperiodicitet af stjernedannelse. (Marcos and Marcos, 2007, Fig. 2) . . . . . . . . . . . . . . . . 10

12 Sjernedannelse som funktion af istid på Jorden. Itegnet lineær fit som viser at der skulle væreen relation. (Marcos and Marcos, 2007, Fig. 6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

13 Øverst(A): Galaktisk baggrundsstråling som funktion af solsystemets historie. Nederst(B):Relative ændringer af havniveau (tykke line) og CO2 (Stripplede linie) som funktion af sol-systemets historie, med istider markeret som grå felter. Begge tidsskala er ens. (Svensmark,2003, Fig. 4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

14 60Fe/Fe som funktion af sedimentets alder. Den stiplede linie indikerer baggrunden. (Knieet al., 2005, Fig. 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

15 Koncentration af 4He og 3He og forholdet mellem dem som funktion af sedimetentet alder.De grå områder indikerer det alder hvor man har fundet 60Fe. (Basu et al., 2007, Fig. 1) . . . . 12

15