На фоне климатического саммита COP29 издание Bloomberg опубликовало статью о перспективах борьбы с надвигающимся изменением климата. Через пять лет будет достигнут рубеж, поставленные цели для которого, по-видимому, уже не будут достигнуты или потребуют утроения сил и средств для их достижения. Это делает задачу победить к середине века климатические изменения более сложной, но продолжать попытки надо, ведь на кону — жизни людей и экономика стран.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

В 2023 году, как показывают научные исследования, выбросы углекислого газа снова достигли исторического максимума. Это произошло, несмотря на массу усилий правительств, компаний и организаций. Значительная доля выбросов парниковых газов приходится на США. Выбор президентом этой страны Дональда Трампа будет означать сворачивание многих экологических инициатив, о чём этот кандидат неоднократно заявлял во время своих предвыборных выступлений. Иными словами, к 2030 году ситуация с экологией в США вряд ли улучшится и, скорее всего, станет только хуже.

Потепление климата угрожает не только здоровью и жизни людей (как напрямую от перепадов температуры, так и косвенно от стихийных бедствий и неурожаев), но также грозит экономике. По оценке некоммерческой организации CDP (Carbon Disclosure Project), повышение температуры на 1 °C приведёт к сокращению мирового валового внутреннего продукта на 12 %.

Реализованные и поставленные цели. Источник изображения: Bloomberg

По оценкам Международного энергетического агентства, в период с 2010 по 2023 год мощность солнечной энергии увеличилась примерно в 40 раз, а ветроэнергетика — примерно в шесть раз. Ещё больше предстоит сделать за оставшиеся пять лет, чтобы наверстать ранее упущенное. Так, в 2023 году во всём мире было добавлено около 0,5 ТВт возобновляемой энергии, а это означает, что к 2030 году необходимо добавить ещё 7,3 ТВт зелёной энергии. Для сравнения, в 2023 году во всём мире было выработано чуть менее 9 ТВт энергии от всех источников, включая «грязные». Таким образом, ВИЭ к 2030 году должны составить свыше 80 % от общемировой выработки. Для реализации этого плана ежегодно нужно будет вкладывать в сектор не менее $1 трлн, а не $623 млн или около того, как в 2023 году.

Китай впереди планеты всей

Лидером в развёртывании возобновляемых источников энергии является Китай. Индия и ряд других стран с развивающейся экономикой также стремятся быть в авангарде внедрения зелёных мощностей. Потребление электричества растёт во всём мире — это тенденция, которую необходимо учитывать при планировании в сфере энергетики.

Обещали сокращать выбросы, но не смогли, виноват ИИ

Существенный удар по климатической повестке нанёс искусственный интеллект. С ростом мощностей платформ ИИ и центров обработки данных (ЦОД) потребление энергии лидерами технологической отрасли резко возросло. Ведущие компании, такие как Google, Meta✴, Alphabet, Amazon, Microsoft и Apple, забыли о собственных обещаниях и климатических целях, увеличив или перестав сдерживать потребление энергии в заявленных ранее объёмах. Заявлено, что это вынужденная мера в краткосрочной перспективе. Вскоре «поумневший» ИИ найдёт способ избежать глобального потепления климата; нужно лишь увеличить его мощность и дождаться нужного результата. К чести IT-компаний, они всё же покупают чистую энергию в некотором объёме и ищут способы получать её по более доступной цене, чем ископаемую.

По последним данным, выбросы Google выросли примерно на две трети по сравнению с 2020 годом, а Meta✴ сообщает об увеличении выбросов примерно на 64 %. Потребление электроэнергии центрами обработки данных владельца Facebook✴ по всему миру в 2023 году возросло более чем на треть, почти до 15 млн МВт·ч, и утроилось с 2019 года. С 2020 года выбросы углекислого газа корпорации Microsoft увеличились более чем на 40 %.

Напротив, Amazon сообщила о снижении уровня загрязнения окружающей среды за последние два года, хотя компания столкнулась с критикой за счёт приобретения кредитов на использование возобновляемых источников энергии. Между тем, Apple заявляет, что усилия по внедрению более экологически чистых источников энергии в производство и улучшению переработки отходов позволили сократить выбросы с 2015 года более чем наполовину.

Договорённость не вырубать леса остаётся на бумаге, произведённой из вырубленной древесины

Значительным успехом в 2021 году стала договорённость лидеров 130 стран, на долю которых приходится 90% лесов в мире, о скорейшем прекращении вырубки этого ресурса. Леса поглощают углерод, не позволяют увеличивать площади под сельхозкультуры и, если не используются как топливо, также снижают углеродный след. Однако фактически леса продолжают вырубаться всё более высокими темпами, и ни о каком сокращении речь не идёт. Попытки ввести санкции и торговые ограничения за вырубку лесов были встречены в штыки торговыми партнёрами и фермерами. Необходимо ужесточить законодательство в этой сфере, но национальные правительства тормозят решение данного вопроса.

Согласно оценкам аналитиков, в 2023 году было уничтожено около 6,4 млн гектаров лесов, что на 45% превышает показатель, необходимый для того, чтобы вывести мир на путь достижения цели к 2030 году. Темпы сокращения вырубки должны вырасти гораздо быстрее, чем раньше, однако на это практически нет надежды.

Электромобилей надо продавать больше, но покупать больше их не хотят

Большая надежда на снижение выбросов связана с электромобилями. Их надо продавать больше. Чтобы к 2030 году удержать сектор на нулевом уровне выбросов, на электрические модели должно приходиться 70% покупок новых автомобилей. Это также поможет сократить потребность в 6 млн баррелей нефти в день к 2030 году.

По прогнозам BNEF, в этом году будет продано около 16,6 млн новых электромобилей, а в 2027 году — более 30 млн, что приведёт к трансформации сегмента легковых автомобилей, на долю которого в настоящее время приходится более половины всех выбросов автомобильного транспорта. Если на электромобили не будет субсидий, к 2030 году их доля в продажах новых автомобилей должна составить 45%. Однако для достижения нулевых выбросов эта доля должна быть значительно выше — до 70%, что потребует «умеренных» субсидий.

В то же время автопроизводители столкнулись с негативным отношением к электромобилям, которые по ряду параметров уступают автомобилям с ДВС, но превышают их по цене. Согласно данным BNEF, с конца прошлого года группа из 14 автопроизводителей, на долю которых в 2023 году пришлось более 40% продаж электромобилей, снизила свои общие целевые показатели продаж к 2030 году примерно на 3,3 млн автомобилей. В частности, свои амбиции сократили Mercedes-Benz Group AG, Volvo и даже Tesla, которая к 2030 году планировала выпускать по 20 млн электромобилей, но теперь отказалась от конкретных цифр, предпочитая расплывчатые формулировки «как можно больше».

С защитой биоразнообразия в мире также нет согласия. Для большей определённости была учреждена Куньмин-Монреальская рамочная программа по сохранению биоразнообразия (Kunming-Montreal Global Biodiversity Framework). Ожидалось, что страны возьмут под охрану до 30% суши, внутренних водоёмов и морей с океанами к 2030 году. Это необходимо, в том числе, для сохранения углерода в почве. Попытки направить усилия в продуктивное русло под эгидой ООН ни к чему не привели. К 2030 году поставленная цель не будет достигнута. Серьёзного стимула для решения этой проблемы нет, как и результата.

Производители тканей не могут сократить производство и потребление воды

Значительные сокращения выбросов, а также снижение потребления воды ожидаются от производителей модной одежды. Цель (вряд ли достижимая) — сократить выбросы парниковых газов к 2030 году на 45%. Однако спрос на дешёвую и модную одежду увеличил мировое производство тканей до 124 млн тонн в 2023 году, а потребление на душу населения почти удвоилось с 1975 года.

Использование воды — это ещё одна серьезная проблема. По данным Всемирного фонда дикой природы, для производства одной хлопчатобумажной футболки может потребоваться до 2700 литров воды — примерно такой же объём необходим для поддержания жизнедеятельности человека в течение 900 дней. Большая группа компаний пообещала сократить потребление на 30 % к 2030 году, хотя в прошлом году потребление воды на технологические процессы выросло. И такая группа не одна — обещают сокращать потребление, а на деле увеличивают.

Выбросы в атмосферу продолжают расти, хотя всем очень хочется их снизить

С контролем уровня выбросов в атмосферу тоже не складывается. Парижское соглашение требует удержать потепление в рамках повышения на 1,5°C по сравнению с доиндустриальным периодом. Для этого к 2030 году ежегодные выбросы в атмосферу в мире должны сократиться на 42%. По факту происходит обратное: в 2023 году выбросы выросли на 1,3%, хотя они должны ежегодно снижаться на 7,5%.

Развитые страны частично справляются со снижением выбросов. Например, группа из 10 крупнейших развитых стран, включая США, Японию и Германию, сократила выбросы на 4,2% в 2023 году, снизив воздействие на окружающую среду до самого низкого уровня с 1970 года. Напротив, среди 10 ключевых стран с формирующейся рыночной экономикой общий показатель выбросов вырос на 4,7%.

Потребление энергии в развивающихся странах быстро растёт, и в большинстве из них энергетические системы по-прежнему зависят от угля и газа, загрязняющих окружающую среду. По прогнозам МЭА, Индия, которая уже является второй по величине страной-потребителем угля, к 2026 году увеличит спрос на электроэнергию быстрее, чем любая другая крупная экономика. При этом Индия не спешит тратить огромные суммы на возобновляемую энергетику, в отличие, скажем, от Китая, который только в первой половине 2024 года инвестировал в ВИЭ 130 млрд долларов. Остальные страны региона Юго-Восточной Азии инвестировали в ту же сферу всего 2,9 млрд долларов. Итогом такой политики безответственности может стать повышение температуры Земли к концу столетия на 2,6–3,1°C.

Авиакомпании в ожидании «устойчивого» топлива живут на закупках использованного растительного масла из закусочных

Ещё одной глобальной проблемой остаётся авиация. Она вносит вклад в выбросы на уровне 2 % ежегодно. Решить вопрос может чистое топливо, которого пока по большому счёту нет. Пока авиация надеется на биодизель, который преимущественно производится из отходов растительного масла. Ряд авиакомпаний надеются довести уровень чистого топлива в расходах на эксплуатацию до 10 % к 2030 году или 24 млн т ежегодно, однако столько отработанного масла рынок не предоставит ни при каком условии. Пока пути решения этого вопроса никому неизвестны.

Это может звучать удивительно, но в США из Китая поставляется отработанное растительное масло, собираемое по закусочным — оно в избытке остаётся после жарки. Именно это масло в основном превращается в биодзель, так необходимый авиации.

Банки, которые должны

Банковский сектор мог бы сделать для климатической повестки больше, чем делает, уверены аналитики. Банкиры с Уолл-стрит должны выделить зелёной экономике $215 трлн к 2050 году. Более того, они должны прекратить финансировать в прежнем объёме сектор ископаемой энергетики. Например, если в 2022 году соотношение инвестиций в ископаемую энергетику и ВИЭ составляло 1 к 0,73, то к 2030 году оно должно составлять 1 к 4. На графике выше представлено, какой банки сколько должен инвестировать в возобновляемую энергетику.

Известно, что магнитные полюса Земли непостоянны, что связано с внутренней динамо-машиной планеты — неоднородностью ядра и его асимметрией. Раз в 300 тыс. лет полюса даже меняются местами. Но иногда происходит странное, как 41 тыс. лет назад, когда полюса начинают меняться очень быстро — в течение столетий. Плохо, что ослабевающее в такие периоды магнитное поле начинает пропускать космические лучи и жёсткое солнечное излучение — такое добром не заканчивается.

Источник изображения: European Space Agency

Свои выводы о наблюдении последних лет за динамикой магнитных полюсов планеты сообщили китайские учёные. Они не могут пока назвать причину быстрого дрейфа магнитных полюсов, но твёрдо убеждены, что магнитное поле над Западным Полушарием быстро ослабевает, а над Восточным — усиливается.

Перелом произошёл в течение последних 30 лет. Используя новейшие модели и данные, учёные восстановили глобальные изменения в напряженности магнитного поля с 1900 года. Они обнаружили, что с 1930 по 1990 год напряженность магнитного поля над Северной Америкой увеличилась и была выше, чем во многих других регионах мира. Однако к 2020 году напряженность магнитного поля над Западным Полушарием упала до уровня, едва превышающего среднемировой. И если раньше северный магнитный полюс смещался со скоростью 10 км в год, то после 2020 года скорость смещения возросла почти в семь раз.

Постоянство и сила магнитного поля планеты служит экраном для высокоэнергичных частиц из космоса и от Солнца. Также поле защищает от выбросов солнечной плазмы, когда они направлены в сторону Земли. Магнитное поле планеты сформировало два радиационных пояса из таких частиц, названных поясами Ван Аллена.

Во время быстрой переполюсовки 41 тыс. лет назад, которая получила название «событие Лашамп», сила магнитного поля снизилась до 6 % от номинального, что привело к бомбардировке поверхности Земли высокоэнергетическими частицами из космоса. Нельзя исключать, что наблюдаемый в последние годы дрейф полюсов может привести к чему-то подобному. Наши знания о строении Земли не обладают полнотой, достаточной для прогнозирования таких явлений.

Выражение «увидеть небо в алмазах» — обещание счастья и лучшей доли — может стать главной надеждой человечества, чтобы выжить на разогревающейся Земле. Долгое время наилучшим кандидатом на роль отражающего солнечный свет экрана для планеты считался диоксид серы. Однако у него столько побочных эффектов, что диоксидом серы можно воспользоваться лишь от отчаяния, чего не скажешь об алмазах, которых учёные сочли лучшими кандидатами для спасения планеты.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Группа исследователей во главе с климатологом Сандро Ваттиони (Sandro Vattioni) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) провела моделирование в поисках наилучшего материалы для такого метода глобального охлаждения, как стратосферного аэрозольного впрыска (SAI), и обнаружила, что наночастицы алмазов стоимостью в несколько сотен триллионов долларов лучше всех должны сделать это дело.

На сегодняшний день сложился ряд из семи кандидатов на роль охладителей планеты — это два вида оксида титана, оксид алюминия, кальцит, алмазы, карбид кремния и диоксид серы. Лучше всего изучено возможное влияние на климат диоксида серы — это вещество в избытке выбрасывается в атмосферу вулканами. В то же время от немедленного использования этого вещества заставляет воздержаться множество негативных побочных факторов, включая провоцирование кислотных дождей.

Учёные из Цюриха заново вложили в климатические модели данные о движении, химическом поведении, термодинамических свойствах всех семи кандидатов в аэрозоли для глобального отражения солнечного света от атмосферы Земли и пришли к заключению, что 5 млн тонн алмазов шириной 150 нм каждый могли бы уберечь планету от повышения температуры.

Наноалмазы не будут слипаться, как другие кандидаты, что может привести к обратному (тепличному) эффекту, а также долго останутся взвесью в воздухе — они не склонны к выпадению или не настолько сильно страдают от этого по сравнению с другими кандидатами. Также наноалмазы химически нейтральны и не образуют химических соединений в присутствии влаги в воздухе.

Использование наноалмазов минимум на три порядка увеличит стоимость материалов для аэрозольного проекта по охлаждению Земли. К счастью, сегодня никто не спешит бросаться наполнять небо алмазами, диоксидом серы или чем-то другим. Это проекты на всякий случай, если климатическая катастрофа дойдёт до крайностей. Но знать о подобной возможности нужно заранее, чтобы не торопясь обсудить её в учёном сообществе.

Новый комплекс моделей и натурные испытания в городах Индии, Австралии, США и Европы показали, что размещение на крышах домов в городах солнечных панелей улучшает перемешивание воздуха и делает его чище на уровне земли, а также делает дни теплее, а ночи прохладнее.

Источник изображения: University of Calcutta

Международная группа учёных из Индии, Австралии, США и Европы провела первое в своём роде комплексное исследование вопроса влияния на городской климат солнечных фотоэлектрических установок, размещаемых на крышах. Но самым ценным в исследовании стало создание наиболее полной цифровой модели по оценке влияния солнечных панелей на микроклимат городов.

Предложенный учёными инструмент для расчётов использует новейшую модель исследований и прогнозирования погоды (WRF), интегрирующую в себя энергетическую модель здания (BEM) и параметризацию эффекта здания (BEP). Модель была проверена на десяти объектах наблюдения в Калькутте (Индия) с использованием экспериментально полученных данных.

«Хотя в существующей литературе сообщается о воздействии RPVSP [солнечных установок на крышах] на городскую среду, большинство из них основаны на конкретных полевых экспериментах или моделировании в масштабе здания, без всестороннего анализа в масштабе нескольких городов. В этих исследованиях также не учитывалась конвективная теплопередача между поверхностью крыши и нижней частью солнечных панелей, — пояснили учёные. — Наша работа устраняет эти пробелы, включив новые параметры для RPVSP, в том числе конвективную теплопередачу, что приводит к более согласованным результатам с другими исследованиями, включающими аналогичные соображения».

В Калькутте было проведено 5 экспериментов в течение одного самого жаркого месяца. Отражательная способность голой крыши (альбедо) принималась за значение 0,15. В ходе опыта исследовались варианты с покрытием городских крыш солнечными установками на уровне 0,25, 0,50, 0,75 и 1,0 площади. Альбедо для панелей, эффективность преобразования и излучательную способность установили на отметках 0,11, 0,19 и 0,95 соответственно.

Методика была протестирована сначала в Калькутте, а затем подтверждена в Сиднее (Австралия), Остине (США, Техас), Афинах (Греция) и Брюсселе (Бельгия), чтобы гарантировать, что результаты не ограничиваются конкретной климатической зоной. Выяснилось, что размещение на крышах домов в городах солнечных панелей повышает дневную температуру на уровне земли на 1,1–1,9 °C (в одних местах больше, в других — меньше). Также панели на крышах способствуют тому, что ночью температура воздуха на уровне земли становится чуть ниже — на 0,3-0,8 °C.

Наконец, что самое существенное, панели на крышах интенсифицируют перемешивание воздуха на городских улицах, что поднимает так называемый планетарный пограничный слой — самую низкую часть атмосферы, на которую непосредственно влияет поверхность Земли — до высоты 615,6 м. Это снижает уровень загрязнения воздуха на уровне земли, что можно считать благом для городов и их жителей.

15 октября в ходе телеконференции с журналистами представители NASA, Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) и международной комиссии по прогнозированию солнечных циклов объявили, что Солнце вошло в период солнечного максимума в 25-м цикле. Этот максимум 11-летнего цикла активности будет продолжаться в течение следующего года.

Источник изображений: NASA

Солнечный цикл — это естественный процесс, через который проходит Солнце, меняя свою магнитную активность от низкой к высокой и обратно. У Солнца есть более длительные циклы — длиною в сотни и даже тысячи лет, но наиболее изученными являются 11-летние циклы. В разгар каждого из них магнитные полюса Солнца меняются местами, и звезда переходит из спокойного состояния в активное.

Через какое-то время активность Солнца снижается до самого минимального и наступает солнечный минимум. Учёные заранее никогда точно не знают, что когда произойдёт. Об 11-летней цикличности можно говорить лишь условно. Например, от текущего — 25-го по счёту с момента слежения за этими циклами периода — ожидали наступления максимума во второй половине 2025 года, а он случился уже осенью 2024 года.

Во время наибольшей активности на Солнце увеличивается количество пятен. Они образуются в местах наивысшей концентрации линий электромагнитного поля звезды. В таких областях замедляется конвекция солнечных масс из глубины на поверхность, отчего конкретная область поверхности становится немного холоднее соседних областей. Когда затем в таких местах происходит быстрое переключение и размыкание магнитных линий, возникают вспышки, которые могут сопровождаться корональным выбросом массы Солнца.

Слева Солнце в декабре 2019 года (минимум активности), справа — Солнце в мае 2024 года (приближение максимума активности)

«Это объявление не означает, что это пик солнечной активности, который мы увидим в этом солнечном цикле, — говорит метеоролог Эльсаид Талаат (Elsayed Talaat) из NOAA. — Хотя Солнце достигло периода солнечного максимума, месяц, когда солнечная активность достигает пика, не может быть определен ещё в течение нескольких месяцев или лет».

«Мы не можем достоверно предсказать солнечные циклы, — объяснял ещё в 2022 году астрофизик Майкл Уитленд (Michael Wheatland) из Сиднейского университета в Австралии. — Мы не до конца понимаем солнечное динамо, которое генерирует магнитные поля, видимые на поверхности в виде солнечных пятен, и которые вызывают вспышки. Это одна из нерешённых проблем астрофизики».

Зато учёные научились по косвенным признакам определять и разделять фазы 11-летнего цикла солнечной активности. Например, по интенсивности возникновения пятен на Солнце и интенсивности вспышек на нём. Так, в начале октября на Солнце произошла вспышка силой X9.0. Это не самое мощное событие за всю историю наблюдений за циклами, но она попала в 20 наиболее интенсивных. Для человека на Земле это событие проходит бесследно. Ни одно медицинское исследование не нашло связи между вспышками на Солнце и порождаемыми ими геомагнитными бурями, влияющими на самочувствие людей.

Опасность вспышек заключается в прерывании коротковолновой связи на освещённой стороне Земли вскоре после вспышки (если она направлена в сторону нашей планеты), а также в лишней дозе радиации для лётчиков и космонавтов и в нарушении работы спутников. Если в сторону Земли происходит выброс корональной массы, то облако заряжённых частиц обволакивает Землю и устремляется к полюсам, где возникают красочные полярные сияния. В протяжённых металлических конструкциях на Земле — в трубопроводах, рельсах и линиях электропередач в такие моменты появляется постоянный ток, который может вывести из строя сопряжённое оборудование. Например, были случаи возгорания на подстанциях. Сегодня на этот счёт существуют проверенные инженерные решения и это не должно стать сюрпризом. Разве что вспышка и выброс массы будут такой мощности, с которыми технологически развитое человечество ещё не сталкивалось, а такие события в истории Земли были и не один раз. Будем надеяться, что нам не «повезёт» пережить нечто экстремальное.

В ближайшую пятницу на Земле даже до южных широт можно будет наблюдать обширные полярные сияния. Землю накроет облако солнечной плазмы, выброшенное в сторону нашей планеты поздно ночью 2 октября. Выброс сопровождался одной из самых мощных вспышек в текущем цикле активности Солнца — с индексом X7.1. Более мощная вспышка произошла 14 мая, но она не сопровождалась выбросом плазмы. Новое же событие обещает привести к красочному небесному шоу.

Источник изображения: NASA/SDO

Текущий 11-летний цикл активности Солнца — 25-й по счёту — обещает удивить многими экстраординарными событиями на звезде. Неспроста к Солнцу направлен флот из нескольких солнечных обсерваторий. Наш мир ещё никогда так пристально не вглядывался в свою звезду, как в новом цикле вблизи пика её активности. Более того, пик может начаться уже в ближайшие месяцы, тогда как ранее он прогнозировался на первую половину 2025 года. Ряд ранее опубликованных в этом году научных работ откровенно тревожат. Учёные опасаются, что Солнце нас сможет неприятно удивить.

Пик вспышки рекордной интенсивности X7.1 пришёлся на 2 октября на 01:20 по московскому времени. Это вспышка экстремального класса по 10-бальной шкале, хотя класс X не имеет ограничения сверху. 23 июля 2024 года на Солнце произошла абсолютно мощная вспышка уровня X14, но она была на обратной стороне Солнца и ушла в сторону от Земли. Поэтому «прелести» того события остались недоступны земному наблюдателю. Теперь же вспышка в рентгеновском диапазоне накрыла обращённую к звезде сторону планеты и на короткое время даже вывела из строя коротковолновую связь в части западного полушария, Тихого океана, Австралии и Азиатско-Тихоокеанского региона.

Но основное шоу ожидается в пятницу 4 октября, когда Земли достигнет корональный выброс солнечной массы. Помимо красочных полярных сияний остаётся вероятность сбоев электрораспределительных систем. Поскольку это уже не первый подобный случай, энергетики, в принципе, готовы к встрече с такими явлениями. Другое дело, что мы ещё не сталкивались с по-настоящему мощными вспышками на Солнце, а они, как выяснили учёные, достаточно частое явление в истории Земли.

Примерно через 4,5 млрд лет Солнце превратится в красного гиганта и сбросит оболочку. В этом катаклизме будут уничтожены все планеты до Марса, включая Землю. Если это кого-то утешит, известная нам жизнь на Земле станет невозможной задолго до этого события. Сброс внешних слоёв Солнца поставит в судьбе нашей планеты последнюю точку, уничтожив её как физический объект. Но шанс уцелеть у Земли есть — как выяснилось, подобное уже было в нашей галактике.

На удалении примерно 4200 световых лет астрономы обнаружили систему белого карлика, у которого обнаружился кандидат в подобные Земле планеты. Белый карлик — это ядро звезды наподобие Солнца. На закате своей жизни звезда превратилась в красного гиганта и сбросила внешнюю оболочку, а ядро сжалось и стало остывать, став белым карликом на миллиарды и миллиарды лет. У этой погибшей звезды нашлась предположительно скалистая планета в 1,9 раз массивнее Земли. Причём планета находится всего в 2 а.е. от своей звезды. Это означает, что разросшийся гигант и удар слетевшей с него оболочки не стёр планету с карты местной системы. Планета пережила гибель центральной звезды, что даёт шанс Земле тоже уцелеть в далёком будущем.

Художественное представление системы белого карлика. Источник изображения: Adam Makarenko / W.M. Keck Observatory

Но это не самое удивительное. Поражает метод, с помощью которого была обнаружена система белого карлика. Ей повезло пройти над очень яркой далёкой звездой (удалённой от Земли на 26 100 световых лет) и оказаться на одной линии, соединяющей Землю и звезду. Тем самым возник эффект микролинзирования. Далёкая звезда вдруг стала ярче в 1000 раз, что засекли астрономы и стали наблюдать за ней.

Наблюдение за небом до, во время и после события микролинзирования. Источник изображения: Keming Zhang et al. / Nature Astronomy, 2024

Проводя измерения в течение нескольких лет, учёные собрали достаточно данных для моделирования состава и параметров системы белого карлика. Лучше всего подошла модель, согласно которой у белого карлика находилась бы землеподобная скалистая планета и коричневый карлик массой около 30 масс Юпитера. Планета должна была обращаться вокруг звезды на удалении 2 а.е., а коричневый карлик — на удалении 20 а.е.

Два варианта организации системы белого карлика и два варианта развития событий поле гибели звезды

До превращения звезды в красного гиганта такая землеподобная планета должна была вращаться вокруг звезды примерно в два раза тяжелее Солнца на удалении около 1 а.е. Но сброс оболочки во время гибели звезды отбросил её. Этот сценарий возможен и для Земли и Солнца. Поэтому он вдвойне интересен земной науке.

Учёные из США провели эксперимент, который доказал возможность изменения траектории опасного для Земли астероида с помощью ядерного взрыва. Исследователи не собираются взрывать сам астероид, оставляя зрелищность разлёта обломков киношникам. На астероид должно влиять мощное ионизирующее излучение близкого ядерного взрыва, испаряющее его поверхность и создающее точно рассчитанный вектор тяги.

Источник изображения: Nature Physics, 2024

Эксперимент был поставлен в Сандийских национальных лабораториях в США (Sandia National Laboratories). Для этого группа учёных под руководством физика Натана Мура (Nathan Moore) воспользовалась мощной рентгеновской установкой лаборатории — так называемой Z-машиной. Исследователи направили рентгеновские импульсы на мишени, играющие роль астероидов из кварца и плавленого кварца. В астероидах обычно много силикатов, поэтому мишени в среднем соответствовали составу большинства астероидов.

Мишень диаметром 12 мм была закреплена на установке металлической фольгой. Излучение испаряло фольгу, отчего модель астероида как бы зависала в свободном пространстве и подвергалась удару лишь рентгеновским лучом. Газ от распылённой фольги отводился от мишени, чтобы не вносить вклад в импульс от воздействия излучения на мишень. Для учёных важна была динамика не только прямого воздействия, но также относительно длительное воздействие в процессе расширения испаряемого с поверхности мишени вещества (ионизированного газа или плазмы). Поскольку выстрел и процесс длились доли секунды, свободным падением мишени после испарения фольги можно было пренебречь.

Измерения показали, что мишени из кварца после выстрела рентгеном общей интенсивностью 1,5 МДж приобретали скорость 69,6 м/с, а мишени из плавленого кварца — 70,3 м/с, что с высокой точностью соответствует теоретическим расчётам на цифровой модели. Масштабирование до астероидов размерами от 3 до 5 км обещает, что близкий взрыв ядерной бомбы рядом с астероидом придаст ему скорость более 10 см/с в нужном направлении, что гарантированно отклонит его траекторию.

Подобные астероиды могут падать на Землю один раз в 250–500 млн лет. Это очень маленькая, но ненулевая вероятность уничтожения земной цивилизации, что заставляет заранее искать пути воздействия на опасные для нашей планеты астероиды. Пока учёные вместе с NASA провели лишь один натурный эксперимент по изменению траектории астероида ударным воздействием. Зонд-камикадзе DART ударил в астероид Диморф, заставив его изменить орбитальное движение вокруг его центральной пары — астероида Дидим.

В целом ударное воздействие на опасный астероид рискованно само по себе, поскольку может превратить один опасный астероид в рой не менее опасных и плохо отслеживаемых камней. Точно так же прямой удар атомной бомбой по астероиду — это риск того же плана. Воздействие на астероид мощным ионизирующим излучением, которое будет создавать тягу из испаряемого вещества его поверхности — это более предсказуемый по последствиям способ заставить небесное тело изменить орбиту. Лабораторный эксперимент доказал осуществимость такого метода. Но вряд ли дело дойдёт до экспериментов. Пока международными соглашениями ядерное оружие запрещено выводить в космос в любом виде.

В конце сентября Земля обзаведётся вторым естественным спутником. Им станет небольшой астероид 2024 PT5 диаметром около 11 метров, который зайдёт на орбиту нашей планеты 29 сентября и будет вращаться на ней в течение 56,6 дней, представляя собой своеобразную мини-луну. Астероид 2024 PT5 обнаружили учёные, работающие с телескопами системы Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, с помощью оборудования, расположенного в Южной Африке.

Источник изображения: Obelixlatino/pixabay.com

Учёные из Университета Комплутенсе в Мадриде отслеживали траекторию полёта астероида в течение трёх недель. Полученные данные указывают на то, что астероид 2024 PT5 находится в поясе астероидов Арджуна, который вращается вокруг Солнца. Однако гравитационное поле Земли притянет астероид к планете, после чего в течение нескольких недель он будет вращаться подобно нашей Луне вокруг Земли, а затем 25 ноября вернётся на гелиоцентрическую орбиту, т.е. продолжит вращаться вокруг Солнца.

Отметим, что наблюдать за астероидом с Земли с помощью биноклей или любительских телескопов не удастся из-за небольшого размера 2024 PT5. Однако профессиональные астрономы, имеющие в арсенале более мощные инструменты, смогут следить за перемещениями космического тела. Даже после ухода с орбиты нашей планеты астероид продолжит оставаться вблизи Земли в течение нескольких месяцев. Он максимально сблизится с планетой 9 января 2025 года, после чего начнёт удаляться. В следующий раз 2024 PT5 вернётся на орбиту Земли примерно через 30 лет.

Первая задокументированная экстремальная солнечная магнитная буря в 1859 году была настолько сильной, что вывела из строя телеграфную связь в Северной Америке и Европе, вызвав местами даже пожары. Но в истории Земли такие катаклизмы были и намного мощнее — мегаэкстремальной интенсивности. Если бы такое произошло сегодня, это вызвало бы хаос во всём цивилизованном мире. Хуже всего, что оно рано или поздно произойдёт. Учёные хотят быть готовы к нему.

Выброс корональной массы 31 августа 2012 года. Источник изображения: NASA/GFSC/SDO

Можно ли подготовиться к солнечной буре невероятной интенсивности? По словам исследователей, да. Для этого необходимо, как минимум, искать признаки экстремальных солнечных бурь в прошлом, чтобы суметь верно оценить вероятность и даже признаки появления их в будущем.

В 2012 году группа учёных под руководством Фуса Мияке (Fusa Miyake) из Университета Нагои в Японии обнаружила, что экстремальные солнечные бури могут вызывать резкие изменения концентрации радиоуглерода (C14), обнаруженного в кольцах деревьев. В сочетании с подсчётом годовых колец и используя другие методы определения возраста объектов можно обнаружить признаки сильных солнечных бурь на Земле и датировать их с большой точностью.

Новое исследование не стало первой попыткой датирования солнечных бурь по годовым кольцам деревьев. Ранее группа Мияке показала, что одна из самых сильных солнечных бурь на Земле произошла в 774 году н.э., которая по своей интенсивности затмила бы геомагнитную бурю 1859 года. Связанные с этой бурей полярные сияния нашли отражения в письменных источниках того времени, что косвенно подтверждает правильность применяемой методики датирования.

Другими датами наиболее интенсивных солнечных бурь назвали 993 год н.э., 660 год до н.э., 5259 год до н.э. и 7176 год до н.э. Но самая сильная солнечная буря произошла около 14 370 лет назад, ближе к концу последнего ледникового периода. Интенсивность её была такова, что практически всем спутникам на орбите Земли выше магнитосферы точно не поздоровилось бы.

Справедливости ради следует признать, что некоторые из детектируемых событий могли быть вызваны также космическим излучением, например, гамма-вспышками от сверхновых или от других явлений. И всё же, учёные настаивают, что Солнце, как и подобные ему относительно холодные и спокойные звёзды, способно преподнести сюрприз технологически развитой цивилизации, а к такому надо готовиться заранее, чтобы минимизировать последствия. Падающие на головы спутники и тотальное отключение связи и электричества способны привести к хаосу на планете с далеко идущими последствиями.

Исследователи из Университета Монаша в Австралии выдвинули гипотезу, что около 466 миллионов лет назад вокруг Земли образовалось кольцо из обломков притянутого планетой астероида, которое просуществовало несколько десятков миллионов лет. Такое предположение учёные сделали, изучив расположение метеоритных кратеров на поверхности Земли, появившихся в течение ордовикского периода.

Художественное представление кольца вокруг Земли. Источник изображения: Oliver Hull

Исследователи утверждают, что в течение ордовикского периода на Земле наблюдалось увеличение количества метеоритных кратеров. Они нанесли на карту местоположение 21 известного кратера этого возраста и использовали математические модели движения тектонических плит, чтобы «отмотать время назад» и отследить их до того места, где они находились во время удара.

По утверждению учёных, все метеориты врезались в нашу планету в пределах 30 градусов от экватора. Исследователи усмотрели в этом статистическую аномалию и попытались найти научное обоснование для такого неслучайного распределения кратеров по поверхности Земли. Они постарались выяснить, какая часть континентов того периода могла сохранить следы столкновения с метеоритами до наших дней. Исследователи сосредоточились на стабильных, нетронутых участках земной коры, которые датируются серединой ордовикского периода, исключив регионы, которые были погребены, размыты или затронуты тектонической активностью. Наилучшие результаты были получены в Западной Австралии, Африке и некоторых частях Северной Америки и Европы.

В результате исследования учёные выдвинули теорию, объясняющую падение метеоритов в районе экватора — если Земля захватила пролетающий астероид около 466 миллионов лет назад, воздействие гравитационных сил могло «разорвать» его на куски и образовать кольцо. Затем осколки астероида в течение нескольких десятков миллионов лет методично обрушивались на нашу планету в экваториальной области. Метеоритные обломки в исследованных кратерах не провели много времени в космосе, прежде чем упасть на Землю, что согласуется с предположением о разрушении крупного астероида и появлении кольца вокруг Земли.

Теория астероидного кольца вокруг Земли также может объяснить несколько других загадок того исторического периода. Примерно 20 миллионов лет спустя Земля вступила в хирнантский ледниковый период, когда температуры упали до самых низких значений за последние полмиллиарда лет. Из-за наклона оси вращения Земли относительно Солнца кольцо вокруг экватора затенило часть поверхности Земли, что потенциально могло стать причиной глобального похолодания.

«Идея о том, что система колец могла повлиять на глобальные температуры, добавляет новый уровень сложности к нашему пониманию того, как внеземные события могли сформировать климат Земли», — считает руководитель исследования профессор Энди Томкинс (Andy Tomkins).

Не исключено, что кольца — это фаза, которую Земля и другие планеты проходят несколько раз в своей жизни. Кольца Сатурна появились лишь 10 миллионов лет назад и могут исчезнуть ещё через 100 миллионов. Марс в настоящее время разрывает одну из своих лун, что может сформировать новое кольцо через 20–40 миллионов лет.

Исследование было опубликовано в журнале Earth & Planetary Science Letters. В дальнейшем авторы планируют смоделировать процесс разрушения астероида, образование кольца и его трансформацию в метеориты с течением времени. В последующих работах будет также предпринята попытка смоделировать влияние колец на климат. Необходимо заметить, что при всей смелости, перспективности и кажущейся логичности выдвинутой теории, она может строиться на банальной ошибке выборки, так как изучение расположения 21 кратера на земной поверхности лишь с большой натяжкой можно счесть статистически значимым результатом.

Как известно, Земля имеет гравитационное поле, а также окружена электромагнитным полем. Эти два поля также участвуют в формировании атмосферы и самой жизни на планете. С развитием космонавтики стало понятно, что у Земли есть ещё одно ранее неизвестное электрическое поле, измерить которое удалось только недавно. Без этого поля всё на планете могло сложиться по-другому, включая появление человека.

Фотография с борта ракеты Endurance. Источник изображения: NASA

В 1968 году космические аппараты обнаружили на полюсах сверхзвуковые потоки холодных ионов, покидающих атмосферу по линиям магнитного поля планеты. Что послужило ускорителем для этих частиц, оставалось загадкой. Теоретики назвали это поле амбиполярным из-за двух действующих в разных направлениях эффектов его приложения. Солнечный свет и ультрафиолетовое излучение ионизировали атмосферный газ в ионосфере Земли, отрывая от атомов электроны и превращая ядра в положительные ионы. Гравитация должна удерживать тяжёлые частицы, а лёгкие должны улетать в космос под воздействием магнитных полей.

Таким образом, ионы как бы тянули электроны вниз, помогая гравитации, а электроны устремлялись в космос, создавая противоположный ионному вектор электромагнитного поля — это и есть амбиполярность. При этом ионы и электроны притягивались друг к другу. Этот субатомный процесс и стал механизмом возникновения планетарного амбиполярного поля. Чтобы предметно говорить об этом явлении и начать учитывать амбиполярное поле во множестве моделей — от климатических до планетарных и эволюционных, — необходимо было измерить его силу или потенциал. С конкретными цифрами в руках можно подвести под явление фундаментальную базу.

За работу взялись специалисты NASA. Для измерения амбиполярного поля был разработан прибор и подготовлена ракета для суборбитального старта. Миссию назвали Endurance в честь корабля сэра Эрнеста Шеклтона, участвовавшего в известной антарктической экспедиции 1914 года. Одноимённая ракета NASA стартовала с самого северного в мире космодрома на Шпицбергене 11 мая 2022 года. За 19 минут полёта ракета достигла высоты 768 км. Ключевое измерение амбиполярного поля было сделано на высоте 518–768 км. Измеренный потенциал поля составил 0,55 В.

«Полвольта – это почти ничто, оно [напряжение] примерно такое же по величине, как у батарейки в часах, — поясняют специалисты NASA. — Но это как раз та величина, которая объясняет полярный [ионный] ветер».

Измеренной величины заряда достаточно, чтобы ионы водорода тянулись к нему с силой в 10,6 раза выше, чем притяжение Земли. Это настоящий ускоритель для лёгких частиц, который, как из пушки, постоянно выстреливает их в космос с обеих полюсов планеты. Землю покидают не только электроны — ионы тоже улетают вдаль. Ионы кислорода, хотя они намного тяжелее ионов водорода, также ощущают давление этого ветра.

Измерения в миссии Endurance показали, что амбиполярное поле увеличивает плотность ионосферы на больших высотах на 271 % по сравнению с ситуацией, если бы этого поля не было вовсе. Всё это влияет на климат, состав атмосферы и, в конечном итоге, на биосферу планеты. Марс, Венера и другие планеты не будут исключением — там тоже когда-то будут обнаружены собственные амбиполярные поля. С конкретными цифрами в руках можно начинать делать новые открытия.

Хотя 2024 год обещает установить новый рекорд по нагреву Земли, возобновляемые источники энергии успешно справляются с возросшей потребностью в электричестве, которую раньше закрывали угольные электростанции. В США в 2024 году впервые солнечные и ветряные электростанции седьмой месяц подряд выдают больше энергии, чем угольные. Это на два месяца дольше, чем год назад, в чём помогли новые установленные мощности в сфере солнечной и ветряной энергетики.

Источник изображения: Copilot

О достижении рекордного результата сообщили в Управлении энергетической информации США (EIA). В США впервые за первые семь месяцев года было произведено больше энергии из возобновляемых источников, чем при использовании угольных электростанций. Кроме того, в течение двух месяцев подряд — в марте и апреле — выработку энергии с использованием угля превзошла одна только ветряная энергетика. Ветроэнергетические установки произвели в марте 45,9 ГВт·ч и рекордно высокие 47,7 ГВт·ч в апреле, по сравнению с произведёнными угольными электростанциями 38,4 ГВт·ч в марте и 37,2 ГВт·ч в апреле.

В США пик спроса на электрическую энергию приходится на летние месяцы и начало осени, а также на конец весны. Решающими окажутся данные за август — сможет ли возобновляемая энергетика перебить хребет ископаемой? Но поскольку в США продолжают наращивать объёмы производства чистой энергии, перелом не за горами. Так, если в прошлом году в США было введено в работу 18,4 ГВт солнечных мощностей, то в текущем году прирост составит уже 36,4 ГВт.

Похожие тенденции происходят также в сфере ветровой генерации. По сообщению Scientific American, производство энергии силой ветра в США выросло примерно на 8 % по сравнению с прошлым годом. По состоянию на июнь 2024 года было добавлено около 2,5 ГВт ветровой мощности, и ожидается, что еще 4,5 ГВт будут введены до конца 2024 года. Представители техасского и калифорнийского операторов энергосистем отметили, что вопреки рекордной жаре этого лета системы впервые ведут себя стабильно, за что они благодарят солнечную и ветряную энергетику, а также резервные (батарейные) системы хранения энергии.

Символично, что погубивший динозавров астероид прибыл из мрака и холода окраин Солнечной системы. В этом учёные убедились совсем недавно, проведя анализ изотопов рутения в пограничных мел-палеогеновых слоях. Астероид был углеродистым — такие тела образуются за орбитой Юпитера. И он поставил точку в судьбе многотонных рептилий, открыв дорогу млекопитающим и человеку.

Источник изображений: tweaktown.com

Ещё раз выяснить происхождение и тип «астероида Судного дня» взялись учёные во главе с Марио Фишером-Гёдде (Mario Fischer-Gödde) из Кёльнского университета. Объектами их интереса стали изотопы рутения, обнаруживаемые в породах на границе раздела мелового и палеогенового периодов. Во-первых, по соотношению тех или иных изотопов в веществе можно судить о возрасте образцов, а также о том, как далеко от Солнца сформировалось небесное тело. Во-вторых, изотопы рутения земного происхождения отличаются от изотопов, пришедших из космоса.

Вызвавшее массовое (не менее 76 %) вымирание земной фауны около 66 млн лет назад падение 10-км астероида сопровождалось настолько колоссальным выбросом вещества, что его следы находятся по всему миру. Учёные не стали ехать в Мексику к кратеру Чиксулуб — месту падения астероида, а взяли образцы пород в Европе: в Дании, Италии и Испании. Спектральный анализ помог отделить одни изотопы от других, а также земные изотопы рутения от космических.

Согласно сделанным учёными выводам, «динозавровый» астероид был углеродистым или C-типа (точнее CC — из углеродистых хондритов). Такие астероиды явно отличаются от астероидов скалистого типа (S) и образуются во внешней части Солнечной системы. Сегодня мы не можем точно сказать, из какой точки прибыл убивший динозавров астероид. Но теперь учёные с уверенностью говорят, что он прилетел из-за орбиты Юпитера и это точно не комета. Потенциально Юпитер перехватывает смертельные для Земли астероиды, но иногда они прорываются. По прикидкам учёных, такое происходит примерно каждые 250–500 млн лет, но это будет уже другая история.

В журнале Science появилась статья, в которой учёные из Гарвардского университета публично отказались от проведения первого научно обоснованного эксперимента по искусственному охлаждению Земли. Тщательно проработанный план опыта разбился о протесты лидеров коренных народов Швеции — саамов. Их не поставили в известность, а когда информация всплыла, это вызвало бурную реакцию протеста против этого и других экспериментов по геоинженерии.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Эксперимент SCoPEx (Stratospheric Controlled Perturbation Experiment) был задуман в Гарварде ещё в 2017 году. Известно, что выброшенные вулканами частички диоксида серы в верхних слоях атмосферы отражают часть солнечного света обратно в космос и, тем самым, не дают нагреваться Земле — фактически охлаждают её. Подобные частицы или аэрозоли могут быть рукотворными, что позволит обратить вспять процесс глобального потепления. Эксперимент SCoPEx должен был подвести под такие геоинженерные проекты научную базу — помочь собрать данные для уточнения климатических моделей воздействия на среду.

Как планировалось, в воздух над Швецией должен был подняться воздушный шар, с которого был бы произведён выпуск отражающих свет аэрозолей. Оборудование на шаре должно было изучить взаимодействие частиц друг с другом и окружающим воздухом — ничего сверхъестественного или необратимого. Более того, первый запуск в 2021 году планировался чисто технический — без распыления аэрозоля. Но само известие о запланированном опыте вызвало негодование местных национальных лидеров. Именно этот момент за многие годы планирования эксперимента учёные не учли.

В свежей статье в журнале Science внимание уделено именно этому обстоятельству — необходимости диалога с людьми при обсуждении геоинженерных проектов. Коллектив Гарварда не справился с «интересом прессы к опыту и не знал, как согласовать вопрос с представителями коренных народов», поэтому в марте 2024 года было объявлено о сворачивании программы SCoPEx.

Следует сказать, что формально небольшие по масштабу геоинженерные опыты никем не запрещены. Более того, ещё в 2010 году, когда соответствующий комитет ООН наложил мораторий на проведение геоинженерных проектов, речь шла исключительно о глобальных проектах. Небольшие компании и научные коллективы вольны проводить эксперименты в сфере геоинженерии, если они носят крайне локальный характер. Например, один из стартапов позволил себе поднять в небо воздушные шары для распыления диоксида серы, а учёные из Университета Вашингтона поставили натурный опыт по осветлению морских облаков, и ничего им за это не было.

Но если речь идёт о глобальных проектах, то даже палящее в шею Солнце не должно подталкивать к самодеятельности. Геоинженерные проекты должны в обязательном порядке обсуждаться в общественном пространстве, поскольку последствия могут затронуть всех и каждого, не говоря о будущих поколениях. И начинать надо с оформления межгосударственных договорённостей и диалога между властями разных стран. Только так можно создать условия для потенциального влияния на климат Земли.