Дерева зберігають докази однієї з найсильніших сонячних бур на Землі

Північне сяйво цього року було видно набагато південніше, ніж зазвичай, заповнивши соціальні мережі приголомшливими зображеннями барвистого неба. А тепер уявіть полярне сяйво настільки інтенсивне, що воно миттєво зробить смартфони марними, оскільки частки від сонця переповнять електронні пристрої. Такі екстремальні сонячні шторми неймовірно рідкісні – лише шість залишили слідів на Землі за останні 14 500 років, і жодного не спостерігали з часів розквіту Ассирійської імперії майже 2700 років тому.

Космічна подія 664 року до н.е

Дослідницька група під керівництвом Ірини Панюшкіної з Лабораторії дослідження деревних кілець Університету Арізони та Тімоті Джула з Департаменту геонаук визначила, коли востаннє Земля зазнавала такого потужного спалаху космічного випромінювання.  Їхні висновки, опубліковані в журналі Communications Earth&Environment, показують сплеск вуглецю-14, датований 664 роком до нашої ери, точно вказуючи час цієї невловимої екстремальної сонячної бурі.

Що таке сонячні бурі?

Сонячні бурі виникають, коли Сонце вивільняє величезну кількість енергії у вигляді сонячних спалахів або викидів корональної маси (CME). Ці події посилають частинки високої енергії та магнітні поля, що мчать до Землі з неймовірною швидкістю. Коли ці заряджені частинки взаємодіють із магнітним полем Землі, вони можуть створити драматичні та далекосяжні ефекти.

Відстеження сонячних бур через вуглець-14

«Через кілька місяців вуглець-14 переміститься зі стратосфери в нижні шари атмосфери, де він поглинається деревами і стає частиною деревини, коли вони ростуть», — сказала Панюшкіна. 

Аналізуючи кільця дерев на вміст вуглецю-14, природного радіоактивного варіанту вуглецю, команда виявила цю давню сонячну бурю.  Визначення точного часу таких потужних сонячних вивержень надає важливі дані для вчених, які вивчають і розробляють моделі активності Сонця з часом.

Сигнатура екстремальних сонячних бур

Лише у 2012 році вчені визнали екстремальні сонячні бурі, відомі як події Міяке. Того року Фуса Міяке, японський фізик і співробітник команди Панюшкіної, опублікував статтю, в якій повідомлялося про характерні ознаки штормів: стрибки радіоактивних ізотопів вуглецю в кільцях росту дерев. 

Події Міяке відбуваються, коли електромагнітне поле Сонця слабшає, що дозволяє плазмі з поверхні Сонця вийти в космос.  Підвищена сонячна активність призводить до того, що протони бомбардують атмосферу Землі, запускаючи хімічні реакції, що призводять до спалахів радіоактивних ізотопів.

«Завдяки радіовуглецю в кільцях дерев ми тепер знаємо, що за останні 14 500 років відбулося шість подій Міяке», — сказала Панюшкіна. «Якби вони трапилися сьогодні, вони мали б катастрофічні наслідки для комунікаційних технологій».

Методологія: кільця дерев і керни льоду

Дослідницька група використовувала хірургічні ножі, щоб розрізати окремі кільця дерев зі зразків давньої деревини, в тому числі з мертвих дерев, похованих на берегах річок, і деревини, викопаної під час археологічних розкопок.  Далі дослідники спалили целюлозу – основний компонент деревини – щоб визначити вміст радіовуглецю. 

Щоб підтвердити, чи сонячні бурі викликали радіовуглецеві сплески, дослідники порівняли свої дані про кільця дерев з шипами, знайденими в іншому ізотопі, берилію-10, замкненому в крижаних кернах з льодовиків і льодовикових покривів.  Як і вуглець-14, берилій-10 утворюється в атмосфері завдяки сонячним частинкам і потрапляє в пастку льоду через дощ і сніг.

«Якщо крижані керни як на Північному, так і на Південному полюсах показують сплеск ізотопу берилію-10 протягом певного року, що відповідає збільшенню радіовуглецю в кільцях дерев, ми знаємо, що була сонячна буря», — сказала Панюшкіна.

Чи можемо ми передбачити екстремальні сонячні бурі?

Хоча кільця дерев діють як «архівісти», записуючи події Міяке, дослідники ще не знайшли доказів закономірності в цих подіях.  За словами Панюшкіної, кільця дерев дають нам уявлення про масштаби цих потужних штормів, але ми не можемо виявити будь-який тип візерунка, тому навряд чи ми коли-небудь зможемо передбачити, коли така подія станеться.

«Тим не менш, ми віримо, що наша стаття змінить те, як ми шукаємо та розуміємо сигнали спайку вуглецю-14 екстремальних сонячних протонних подій у кільцях дерев», — сказала Панюшкіна.

«Енергія від такого типу подій не тільки змінює вміст радіовуглецю в атмосфері, але й хімічний склад атмосфери. Ми намагаємося з’ясувати, як ці короткочасні та потужні події впливають на систему Землі в цілому».