Według wyliczeń astronomów z Uniwersytetu w Teksasie, gwałtowne błyski promieniowania kosmicznego mogą mieć wpływ na ewolucję atmosfer planet w Układzie Słonecznym oraz planet krążących wokół innych gwiazd. Mogą również wpływać na przebieg ewolucji biologicznej na tych planetach.

Duże dawki promieniowania powodują mutacje biologiczne i mogą nawet być śmiertelne. Ich źródłem może być promieniowanie gwiazdy macierzystej planety albo bardziej odległe wydarzenie, takie jak wybuch supernowej albo błysk gamma. To, jak silny efekt promieniowanie wywoła, zależy od ochrony, jaką danej planecie daje atmosfera. W swojej pracy astronomowie koncentrują się na przepływie wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego przez atmosferę.

Obliczenia sa wieloetapowe. Najpierw trzeba zbadać spektrum źródła błysku, potem wyliczyć, jak promieniowanie rozchodzi się i uderza w atmosferę planety. Dalej śledzi się drogę, jaką promieniowanie dociera do powierzchni planety i ostatecznie oblicza, jaką energię otrzymuje pojedyncza żywa komórka. David Smith, John Scalo i J. Craig Wheeler prześledzili drogę, którą pokonują pojedyncze fotony, wybijając elektrony z atomów i stopniowo tracąc energię, aż do momentu pochłonięcia przez atom. W wyniku obliczeń otrzymano funkcję (zależną od intensywności i energii źródła oraz grubości atmosfery planety) opisującą, jaki ułamek energii radiacji dociera do powierzchni planety.

Dla przykładu, obecnie atmosfera Marsa jest około 100 razy cieńsza niż Ziemi. Do powierzchni planety docierają fotony o energiach ponad 100 keV. Żaden organizm nie chroniony przez wystarczająco solidną powłokę ciekłą lub stałą nie miałby szans na przeżycie w zetknięciu z tak silnym promieniowaniem kosmicznym.

Według Johna Scalo, przez pierwsze kilka miliardów lat istnienia Marsa mogło być na nim bezpiecznie, ponieważ atmosfera była wystarczająco gruba. Ale od kilku miliardów lat (uwzględniając obecne modele ewolucji klimatu Marsa) planeta nie zapewnia wystarczającej osłony przed promieniowaniem.

Promieniowanie nie musi od razu być śmiertelne, może za to spowodować okres intensywnych mutacji. Większość z nich byłaby prawdopodobnie śmiertelna, ale niektóre mogłyby się stać motorem napędzającym ewolucję. Na narażonej na ciągłe promieniowanie planecie mogłyby powstać organizmy znacznie różniące się od organizmów ziemskich.

Błyski gamma trwają około 10 sekund. To zbyt krótko, by bezpośrednio wpływać na ewolucję. Promieniowanie gamma spowodowałoby zniszczenie całego życia na wystawionej na nie stronie planety, jeśli ukształtowanie powierzchni i woda nie zapewniłyby wystarczającej ochrony. Błyski gamma mogłyby też wpływać na ewolucję, zmieniając cechy atmosfery planety.

Eksplozje supernowych są powszechniejszym źródłem promieniowania gamma i trwają znacznie dłużej. Mogą więc bezpośrednio wpływać na ewolucję. Oba źródła promieniowania mogą dostarczać wysokoenergetycznych uderzeń radiacji mniej więcej raz na 100 tysięcy do miliona lat, czyli setki lub nawet tysiące razy w historii planety.

Działanie sporadycznych uderzeń radiacji różni się znacznie od wpływu, jaki ma promieniowanie macierzystej gwiazdy. Większość gwiazd w naszej galaktyce nie przypomina Słońca. Są to głównie czerwone karły, które nie emitują tyle promieniowania ultrafioletowego, powodującego mutacje, ale mogą być źródłami silnego promieniowania X.

Wydawać by się mogło, że planety okrążające te gwiazdy nie mogą mieć atmosfery, ponieważ powinna ona zamarznąć. Najnowsze obliczenia wskazują jednak, że jest to możliwe.

“Co się może dziać na planecie bez przerwy narażonej na promieniowanie rentgenowskie? Życie na niej musi być skupione pod powierzchnią albo pod wodą, a mutogenne środowisko mogłoby bardzo przyspieszyć ewolucję” – wyjaśnia John Scalo.

Dalsze badania naukowców skupią się na tym, co dzieje się z energią promieniowania gamma i rentgenowskiego, która zmienia się w energię promieniowania ultrafioletowego. Wysokoenergetyczne fotony oddają energię elektronom, które z kolei wzbudzają atomy i cząsteczki atmosfery. Kiedy atomy powracają do poprzedniego stanu, promieniują energię w ultrafiolecie, który może wpływać na biosferę nawet jeśli atmosfera planety jest gruba, jak na Ziemi. Proces ten może doprowadzić do powstania nowej “jonosfery” znacznie bliżej powierzchni planety. Może również zmienić skład chemiczny atmosfery. Naukowcy będą teraz opracowywać modele tego zjawiska.

Autor

Anna Marszałek