Обнаружение нейтрино – задача крайне трудная, но в принципе решаемая. Идея эксперимента по «вылавливанию» этой частицы была предложена еще в 1946 году советским физиком Б.М. Понтекорво. Смысл его идеи состоял в том, что в реакции, известной как обратный бета-распад, ядро устойчивого изотопа хлора-37, поглотив нейтрино, может превратиться в радиоактивный изотоп аргона-37 и электрон. Количество же получившегося аргона-37, пусть даже имеющегося в количестве всего нескольких десятков ядер, можно найти методами радиохимии, а зная вероятность реакции, уже совсем просто вычислить поток солнечных нейтрино.
Идея Б.М. Понтекорво была позднее реализована в США в виде 400-тысячелитрового резервуара с перхлорэтиленом, довольно дешевым веществом, использующимся как моющая жидкость и несравненно менее опасным, чем газообразный или сжиженный хлор. И сразу же начались проблемы.
Поток солнечных нейтрино оказался в 3-10 раз ниже, чем получалось из разных моделей Солнца. Правда, перхлорэтиленовый детектор «ловил» преимущественно те нейтрино, которые образуются в боковой ветви протон-протонной реакции, но это обстоятельство, разумеется, учтено в расчетах ожидаемого потока. Позднее были созданы гигантские нейтринные детекторы на основе колоссальных резервуаров воды, и результат был в общем-то тот же: наблюдался серьезный – в разы – дефицит солнечных нейтрино.
Предпринимались попытки как-то подкорректировать солнечные модели, чтобы изменить энергетический спектр покидающих Солнце нейтрино, а следовательно, и вероятность их взаимодействия с рабочим веществом детектора, но они не имели особого успеха. Очень интересную гипотезу выдвинул в 1972 году Фаулер. Суть ее – в автоколебательном процессе в недрах Солнца. Согласно этой гипотезе, развитой впоследствии Эзером и Камероном, вещество в глубинных слоях Солнца из-за развития вращательной неустойчивости периодически – примерно раз в сто миллионов лет – бурно перемешивается. Из-за этого в центральные, горячие области Солнца поступает с периферии гелий-3 и тут же реагирует с большим энерговыделением. Нагреваясь, центральные области расширяются, что, естественно, приводит к понижению температуры и замедлению ядерных реакций. В начале перемешивания должна наблюдаться нейтринная вспышка, а затем падение количества фиксируемых нейтрино примерно на порядок. Если сейчас как раз такой момент, то находит и объяснение дефицит солнечных нейтрино. Расчеты Эзера и Камерона показали, что длительность периода дефицита нейтрино должна составлять около 10 млн лет.
Между прочим, расширение центральных областей Солнца должно приводить и к уменьшению его фотонной светимости! Ее теоретическая зависимость от времени несколько иная, чем у нейтрино (хотя бы потому, что фотонам требуется значительное время, чтобы выбраться наружу), но общий характер тот же: быстрый спад, затем медленный рост до нормального уровня. И это, по мысли авторов гипотезы, непринужденно объясняет причину ледниковых периодов в геологической истории Земли.
Гипотез, пытающихся объяснить те или иные аспекты прошлого Земли (скажем, массовые вымирания) с чисто астрономических позиций, вообще придумано множество, и практически все они не выдерживают испытания на прочность. Подвергнуть такому испытанию гипотезу Эзера и Камерона тем более легко, что ледниковые периоды вплоть до протерозоя известны, что называется, наперечет.
Хочу подчеркнуть: климаты далекого прошлого – это не гадание на кофейной гуще, а строгая наука. Палеотемпературы впервые измерил американец Юри еще в 1950 году, пользуясь методом, основанным на соотношении изотопов кислорода 18O и 16O. Наличие либо отсутствие в соответствующих слоях следов той или иной биоты тоже помогает делу. Например, если найдены отпечатки кораллов, это значит, что море, в котором они жили, было теплым. Наконец, давно известны прямые свидетельства оледенений в виде скал с характерными бороздами и царапинами, оставленными вмороженными в ползущий ледник валунами. Есть и другие признаки, по которым можно довольно точно судить о климате, их много, и не стоит на них останавливаться в астрономической книжке.
Сейчас как раз ледниковый период. Он начался в плейстоцене примерно 1,5 млн лет назад и вроде пока не собирается заканчиваться. Тем очевидным фактом, что на месте Ботнического залива в нашу эпоху нет трехкилометровой толщи льда, а языки ледника не доходят до Киева и Самары, мы обязаны современному межледниковью, начавшемуся около 13 тыс. лет назад. Во время плейстоценового оледенения уже было несколько таких межледниковий, так что нынешний климатический режим на Земле можно с оговорками назвать «штатным». Ну а раньше?
Весь мезозой и начало кайнозоя на Земле держалась термоэра – в отличие от нынешней криоэры. В термоэрах климат на Земле был выровненным, и в атмосфере существовала единственная конвективная ячейка, переносящая тепло из экваториальной зоны к полюсам. На экваторе расстилались сухие пустыни, а в более высоких широтах господствовал субтропический и теплоумеренный климат (лишь вблизи полюсов – умеренный, однако и там умудрялись выживать некоторые виды динозавров). Иными словами, не существовало ни тропического, ни арктического климата. Оледенений в мезозое не было вообще. Предшествующее же нашему оледенение, когда климат был похож на современный, то есть чересчур жаркий в тропиках и чересчур холодный в высоких широтах, случилось в каменноугольном периоде около 300 млн лет назад (Гондванское, оно же карбоновое, оледенение).
Это уже не 100 млн лет, как следовало бы из гипотезы Фаулера – Эзера – Камерона. Но пусть. В конце концов, главное, чтобы была периодичность, верно?
Пойдем дальше в глубь геологических веков. Еще одно оледенение, оставившее следы в слоях, соответствующих ордовикскому периоду (495–445 млн лет назад), не было очень масштабным, и мы его учитывать не будем. А что раньше?
А раньше – вблизи границы венда и кембрия – имело место сразу несколько оледенений, мощнейшее из которых – Лапландское – было совершенно грандиозным. Датировка – примерно 600 млн лет. Выходит, периодичность все-таки существует, пусть и имеет втрое больший период, чем было вычислено?
Как бы ни хотелось простых объяснений – увы, не получается. Датировка весьма крупных оледенений перед Лапландским: 710, 820 и 850 млн лет. Ну и где же тут периодичность? Примечательно, что многие сторонники солярной гипотезы как причины оледенений отбрасывают ее, чуть только глубже вникнут в тему. Остаются лишь немногочисленные фанатики, раз за разом тщетно пытающиеся сложить этот пазл из датировок…
Проблема дефицита нейтрино была в конце концов разрешена способом, который не так давно казался весьма экзотическим. Объяснение предложил Б.М. Понтекорво еще в 1969 году, но лишь относительно недавно его удалось проверить в эксперименте. Суть в том, что нейтрино бывают трех видов: электронные, мюонные и тау-лептонные (таонные). Идея Понтекорво состояла в том, что электронные нейтрино (которые «ловятся» детекторами) могут спонтанно превращаться в мюонные и таонные, а также обратно. Это явление называется нейтринными осцилляциями. Таким образом, лишь треть времени солнечные нейтрино проводят в виде, пригодном для их обнаружения. А значит, реально их втрое больше, и для объяснения такого потока уже годятся давно существующие модели Солнца.
Правда, до сих пор есть сомневающиеся – но они всегда есть, это нормально. Тем интереснее, если из их сомнений выйдет какой-то толк.
В 1997 году появилось сообщение об открытии пульсаций потока солнечных нейтрино с периодом в 28,4 дня. Возможно, эти пульсации являются следствием реальных колебаний эффективности термоядерных реакций, но есть и другое объяснение: период колебаний потока нейтрино равен периоду вращения энерговыделяющего ядра Солнца, причем искажения в поток нейтрино вносятся в областях ядра с повышенной напряженностью магнитного поля. Традиционно считается, что нейтрино никак не взаимодействуют с магнитным полем, однако давно уже высказывались подозрения, что это не совсем так. В любом случае
Солнце делает нам большое одолжение, не только посылая непрерывный поток нейтрино, но еще и создавая условия для «натурного эксперимента», создать которые на Земле в лучшем случае очень дорого, а в худшем – пока невозможно.
Ну хорошо, а что же все-таки вызывает оледенения, если не Солнце? Я имею в виду не локальные оледенения в рамках одного ледникового периода, а сами ледниковые периоды? Есть хорошо обоснованная теория, выводящая неизбежность ледниковых периодов из дрейфа континентов. Расчеты показывают, что классическая термоэра с выровненным по всей Земле климатом наступает тогда, когда материки находятся не на полюсах, но и не на экваторе и когда они развернуты меридионально. В этом случае в океане возникает мощная экваториальная циркуляция воды, а от нее вдоль материков отходят течения к северу и югу; в полярных же бассейнах вода не застаивается в течениях типа нынешнего циркумантарктического. В мезозое ситуация с материками была если не оптимальна, то близка к таковой. В середине кайнозоя она ухудшилась (олигоценовый климатический хаос), а в плейстоцене пришла к тому, что мы сейчас имеем. Радует уже то, что история цивилизации пришлась все-таки на межледниковье…
Существуют теории, пытающиеся объяснить межледниковья и сменяющие их оледенения астрономическими факторами, – например, упомянутая выше теория Миланковича, предполагающая, что Земля время от времени переходит на несколько более длинную орбиту. Есть, однако, основания полагать, что смена оледенений и межледниковий в рамках одного ледникового периода есть автоколебательный процесс, для объяснения которого нет нужды привлекать космические факторы.
За что Солнце, по всей видимости, может отвечать, так это за небольшие колебания температуры в рамках межледниковья. Многим известен так называемый малый ледниковый период, продолжавшийся примерно с 1400 по 1900 годы. Ему предшествовал период атлантического оптимума (900-1300 годы), когда в Англии вызревал виноград, а Гренландия не зря была названа «зеленой страной». Астрономы не располагают данными об активности Солнца во время