Движение Солнца в Галактике и вымирания на Земле

Эволюция на протяжении земной истории привела к появлению огромного количества видов живых организмов. В целом, на протяжении последнего полумиллиарда лет их количество возрастало, однако на общем возрастающем фоне в многообразии видов наблюдаются значительные вариации. Причины этих вариаций можно условно разделить на четыре группы.

Во-первых, вариации могут быть следствием внутренних закономерностей эволюции. Во-вторых, они могут быть обусловлены небиологическими земными процессами, периодически или квазипериодически меняющими условия в окружающей среде. Примером таких изменений может служить глобальное усиление вулканической активности. В-третьих, вариации могут вызываться внеземными факторами, действующими как внутри Солнечной системы, так и вне её. Например, гравитационное взаимодействие Земли с другими телами Солнечной системы приводит к колебаниям параметров её осевого и орбитального вращения, что, в свою очередь, сказывается ан климате. Не исключена связь земного климата с вариациями солнечной активности. Существенное влияние на земные условия могут оказывать падения крупных астероидов и кометных ядер. Извне на Землю и Солнечную систему могут воздействовать галактические космические лучи, гравитация звёзд и межзвёздных облаков, вспышки сверхновых и гамма-всплески. Наконец, в-четвёртых, вариации могут отчасти оказаться кажущимися из-за неоднородности сохранения ископаемых и неполноты выборки. Очевидно, что факторы из четырёх этих групп не являются взаимоисключающими.

В статье Feng & Bailer-Jones анализируется один из аспектов этой проблемы, связанный с третьей группой факторов, точнее, с её «внесолнечной» составляющей, которая должна действовать особенно эффективно в те периоды, когда Солнце находится в областях повышенной звёздной плотности. Текущее окружение Солнца определяется особенностями его движения в Галактике, которое можно разделить на вращение вокруг центра Галактики с периодом около 250 млн. лет и осцилляции в вертикальном относительно плоскости Галактического диска с периодом в несколько десятков миллионов лет. Дополнительная периодичность может возникать в результате пересечения спиральных рукавов, которое, по некоторым оценкам, может происходить с периодом 100-200 млн. лет.

Эти периодичности неоднократно привлекались в качестве объяснения вариаций в биосфере Земли, однако назвать эти объяснения удовлетворительными нельзя. Во-первых, сами значения периодов известны очень плохо, поэтому при желании в них всегда можно найти нужное число. Во-вторых, собственно наличие хоть сколько-нибудь строгой периодичности в движении Солнца вызывает сомнения.

Авторы статьи попытались систематически рассмотреть роль орбитального движения Солнца в модуляции механизмов вымираний. При этом производится численная реконструкция движения Солнца, в которой учитываются неопределённости в параметрах движения Солнца. Также рассматриваются следствия того, что связь между положением Солнца и наступлением вымирания имеет вероятностный характер.

Конкретно, авторы задавались некоторой моделью распределения массы в Галактике и интегрировали траекторию Солнца обратно во времени на 550 млн. лет, чтобы определить, как на протяжении этого времени в окрестностях Солнца варьировалась звёздная плотность. Далее предполагалось, что вероятность вымирания пропорциональна звёздной плотности (без принятия определённого механизма). Полученный временной ряд сравнивался с несколькими реконструкциями многообразия видов. Поскольку «начальные условия» (текущие координаты и скорость Солнца) известны неточно, рассматривалась не одна орбита, а её многочисленные реализации (тысячи), получаемые в результате варьирования начальных условий.

Показано, что в большинстве рассмотренных моделей вертикальное движение Солнца действительно является примерно периодическим, однако дать значение этого периода в настоящее время невозможно из-за неопределённостей в текущих параметрах Солнца и в распределении массы Галактики. Это необходимо учитывать в любых попытках связать данное движение с вариациями в биосфере, климате или параметрах метеоритной бомбардировки.

Только в половине модельных орбит имеются периодические пересечения спиральных рукавов. Во многих орбитах пересечение рукава происходит лишь однажды. Нужно помнить, что параметры спиральной структуры Галактики известны также очень плохо, поэтому и к утверждениям о связи между пересечениями спиральных рукавов и земными условиями нужно относиться весьма осторожно.

Помимо орбитальной модели авторы рассмотрели и другие варианты описания вариаций в вымираниях — периодические и квазипериодические. Однако ни один из рассмотренных вариантов не описывает вариации лучше, чем предположение о случайном распределении вымираний по времени. Это не означает, что периодичность вымираний отсутствует, но для её описания, очевидно, нужны более сложные модели, например, такие, в которых будут учитываться и другие периодические факторы (в частности, «земные»), или модели с более подробным рассмотрением конкретного механизма вымирания. В любом случае, предупреждают авторы, к анализу этих периодичностей нужно подходить очень тщательно, не ограничиваясь простым постулированием их наличия. Из-за обилия свободных параметров упрощённый подход всегда даст желаемый результат, однако достоверность этого результата будет весьма сомнительной.