Древні кільця дерев допомагають передбачити екстремальні сонячні бурі

Сувора космічна погода може залишити тривалий слід у кільцях дерев, пропонуючи підказки, які можуть допомогти вченим підготуватися до майбутніх руйнівних подій, які загрожують супутникам зв’язку та астронавтам.  Емі Хессл, професор географії в коледжі мистецтв і наук Еберлі Університету Західної Вірджинії, веде дослідження, яке вивчає, як кільця стародавніх дерев записують докази екстремальної космічної погоди, наприклад геомагнітних бур і спалахів сонячної радіації.

Відстеження космічної погоди через кільця дерев

Космічна погода включає низку явищ, таких як геомагнітні бурі, які викликають полярні сяйва біля полюсів. Ці події іноді можуть бути достатньо інтенсивними, щоб порушити сучасні технології. За словами Хессля, кільця стародавніх дерев є доказами таких екстремальних явищ у далекому минулому. 

«Якби одна з цих подій трапилася сьогодні, і ви летіли високоширотним рейсом до Норвегії, ви, ймовірно, отримали б свою дозу радіації в літаку», — пояснив Гессль. «І якби ви були в космосі, це потенційно могло б вас убити».

Нещодавно Хессл отримав понад 202 000 доларів фінансування від Національного наукового фонду для подальшого дослідження зв’язку між кільцями дерев і космічною погодою. Її дослідження зосереджено на тому, як частинки сонячної енергії взаємодіють із земною атмосферою, виробляючи радіовуглець, який поглинають дерева. 

Коли дерева ростуть, вони використовують вуглець з атмосфери для формування своїх кілець, фактично зберігаючи записи про минулу сонячну активність. Аналізуючи ці кільця дерев, дослідники можуть відстежити важливі події, такі як рідкісні та важкі «події Міяке».

Екстремальні сонячні бурі, зафіксовані на деревах

Події Міяке характеризуються швидким зростанням вмісту радіоактивного вуглецю в атмосфері та були виявлені в кільцях дерев, що датуються століттями тому. Перша з цих подій, що відбулася в 774 та 993 роках нашої ери, була ідентифікована 12 років тому. Відтоді вчені виявили ще сім подій за останні 14 000 років. «Деякі з цих подій були дійсно екстремальними і могли б зараз неймовірно зашкодити нашій телекомунікаційній системі», — сказав Гессль. «Це дуже рідкісна подія, але не виключена. Ми залежимо від супутників, і якби це трапилося знову, це, ймовірно, знищило б більшість наших телекомунікацій, на відновлення знадобилося б 15 років. Це так сильно».

У той час як більшість сонячних енергетичних частинок походять від сонячних спалахів, деякі частинки також походять від галактичних космічних променів за межами Сонячної системи, часто викликаних вибухами наднових.  Хоча сонце вважається основним джерелом подій Міяке, Хессл сподівається, що дані про кільця дерев з усього світу можуть допомогти науковому співтовариству визначити точні причини та оцінити серйозність цих подій.

Інтерпретація даних кільця дерева

Інтерпретація рівня радіовуглецю в кільцях дерев не завжди проста. «До недавнього часу вчені припускали, що дерева рівномірно поглинають радіоактивний вуглець», — зазначив Гессль. «Ми ставилися до дерев як до наукових інструментів. Але вони не є. Вони потенційно дуже упереджені в тому, як сприймають радіовуглець». 

Щоб підвищити точність даних, Хессл та її команда досліджують, чому різні види дерев або дерева в різних місцях можуть по-різному поглинати радіовуглець. Розуміння цих варіацій може допомогти вченим краще оцінити, наскільки надійні ці природні реєстратори.

Дослідження подій Міяке також показує, що деякі дерева накопичують вуглець і розподіляють його пізніше, що робить їх менш послідовними як реєстратори минулих атмосферних умов. Щоб усунути ці невідповідності, Гессль співпрацює з Марією Карбон з Університету Північної Арізони та Рейчел Філветт з Університету штату Монтана. 

Разом вони вивчають, як різні породи дерев щороку реєструють радіоактивний вуглець в атмосфері, зосереджуючись на трьох місцях у США з деревиною, яка датується останніми трьома великими подіями Міяке.

Порівняння порід дерев на узгодженість

Команда Хессла порівнює три види з різними стратегіями виробництва деревини: довговічну щетинисту сосну з Юти, листопадний лисий кипарис у Північній Кароліні та дуби, що збереглися в руслах річок Міссурі.  Сосна щетиниста, найдовгоживучий вид дерев у світі, була особливо важливою для побудови хронології минулих рівнів радіовуглецю. «Вони живуть кілька тисяч років і є основою того, що ми знаємо про минулі радіовуглеці в атмосфері», — пояснив Гессль.

Дослідження передбачає взяття зразків керна розміром з олівець – або поперечних зрізів, якщо дерево мертве – і використання техніки, що називається перехресним датуванням, щоб підтвердити рік утворення кожного кільця.  Зіставляючи кільця дерев із відомими подіями Міяке, команда може дослідити, як різні види реєструють ці екстремальні події. Проте Хессл очікує, що різні дерева можуть по-різному відобразити деталі цих епізодів. Підготовка до майбутніх явищ космічної погоди

Мета цього дослідження полягає в тому, щоб краще зрозуміти величину та час минулих явищ космічної погоди та оцінити надійність дерев як реєстраторів атмосферного радіовуглецю. 

«Ми намагаємося визначити, наскільки екстремальними були ці події», — сказав Гессль. «Коли саме вони відбулися? Скільки часу радіовуглець протримався в атмосфері? Ми повинні бути впевнені, що використовуємо надійні реєстратори, тому це те, що ми намагаємося з’ясувати».

Вивчаючи, як різні дерева записують минулі події та як вони реагують на радіовуглецеві зміни сьогодні, Гессль сподівається підготуватися до потенційних майбутніх подій космічної погоди, які можуть загрожувати критичній інфраструктурі, включаючи мережі зв’язку. 

Рідкісні екстремальні сонячні бурі

Хоча подія Міяке вважається рідкісною та малоймовірною, Гессль наголошує на важливості підготовки. 

«Деякі речі стають трохи перебільшеними, але ми побачили, що сталося під час пандемії з точки зору початкової паніки», — зазначила вона.  «Тож дуже розумно спробувати з’ясувати, що таке верхня закладка цих речей, а потім повідомити про це ІТ-спільноті, щоб наші технології могли бути захищені».

На закінчення слід сказати, що дослідження Гессля деревних кілець і їхньої здатності фіксувати сувору космічну погоду відкривають вікно для розуміння рідкісних, але потенційно катастрофічних сонячних явищ. Дивлячись у минуле, вчені сподіваються краще підготуватися до майбутнього, гарантуючи, що сучасні технології більш стійкі до потужних сил космічної погоди.