Θανατηφόρες ηλιακές καταιγίδες «κόκκινου ουρανού» από 800 χρόνια πριν ανακαλύφθηκαν σε αρχαία δέντρα

Μερικές από αυτές τις εκρήξεις παράγουν συμβάντα ηλιακών πρωτονίων (SPEs), κατά τη διάρκεια των οποίων τα φορτισμένα σωματίδια τρέχουν προς τη Γη με ταχύτητα 90% της ταχύτητας του φωτός. Το 1972, πολλά SPE εξερράγησαν μεταξύ των αποστολών Apollo 16 και Apollo 17 Moon. Εάν οι αστροναύτες είχαν εκτεθεί κατά τη διάρκεια σεληνιακών αποστολών, θα μπορούσαν να είχαν εκτεθεί σε θανατηφόρα επίπεδα ακτινοβολίας. Καθώς οι διαστημικές υπηρεσίες προετοιμάζονται για τη μελλοντική εξερεύνηση της Σελήνης, οι επιστήμονες εργάζονται για να κατανοήσουν καλύτερα αυτά τα απροσδόκητα ηλιακά φαινόμενα.

Ερευνητές στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Οκινάουα (OIST) ανέπτυξαν τώρα έναν νέο τρόπο για να αποκαλύψουν στοιχεία προηγούμενων SPE. Η ομάδα συνδύασε μεσαιωνικά ιστορικά αρχεία με πολύ ακριβείς μετρήσεις άνθρακα 14 που ελήφθησαν από θαμμένα δέντρα asunaro στη βόρεια Ιαπωνία. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, εντόπισαν ένα φαινόμενο ηλιακού πρωτονίου που πιθανότατα συνέβη μεταξύ του χειμώνα του 1200 και της άνοιξης του 1201 μ.Χ., μια περίοδο που χαρακτηρίζεται από ασυνήθιστα έντονη ηλιακή δραστηριότητα. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται Πρακτικά της Ιαπωνικής Ακαδημίας, Σειρά Β.

Ο καθηγητής Hiroko Miyahara της Μονάδας Ηλιακού-Εδάφους Περιβάλλοντος και Κλίματος OIST εξήγησε: “Προηγούμενη έρευνα για ιστορικά SPEs έχει επικεντρωθεί σε σπάνια, εξαιρετικά ισχυρά γεγονότα. Η εργασία μας παρέχει τη βάση για τον εντοπισμό υποακραίων SPEs — συμβάντα που συμβαίνουν συχνότερα και είναι περίπου 10-30%, αλλά τα μεγαλύτερα συμβάντα SPE είναι περίπου 10%. Η προσέγγισή μας τώρα μας επιτρέπει να εντοπίζουμε αποτελεσματικά και να κατανοούμε καλύτερα τις συνθήκες υπό τις οποίες είναι πιο πιθανό να συμβούν».

Τα αρχαία δέντρα διατηρούν ενδείξεις για ηλιακές καταιγίδες

Το μαγνητικό πεδίο της Γης μπλοκάρει τα σωματίδια υψηλής ενέργειας που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια των SPEs. Κοντά στους πόλους, ωστόσο, γραμμές μαγνητικού πεδίου ανοίγουν στο διάστημα, επιτρέποντας σε ορισμένα σωματίδια να εισέλθουν στην ατμόσφαιρα. Κατά τη διάρκεια ιδιαίτερα ισχυρών γεγονότων, αυτά τα σωματίδια συγκρούονται με τα ατμοσφαιρικά αέρια και δημιουργούν ενώσεις άνθρακα 14 που εξαπλώνονται σε όλο τον κόσμο και παγιδεύονται μέσα σε ζωντανούς οργανισμούς.

Αναλύοντας τα επίπεδα άνθρακα 14 σε διατηρημένο οργανικό υλικό, όπως τα αρχαία θαμμένα δέντρα, οι επιστήμονες μπορούν να παρακολουθήσουν τις αλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα που εκτείνονται σε χιλιάδες χρόνια. Η ομάδα OIST χρησιμοποίησε μια πολύ ακριβή τεχνική μέτρησης την οποία βελτίωσε για μια δεκαετία. Αυτή η μέθοδος μπορεί να ανιχνεύσει πολύ μικρότερες διακυμάνσεις άνθρακα 14 από τις συμβατικές τεχνικές, καθιστώντας δυνατή την ανίχνευση αδύναμων γεγονότων ηλιακών πρωτονίων «υπο-ατμόσφαιρας» που προηγουμένως ήταν αόρατα.

Επειδή η ανάλυση άνθρακα 14 είναι εξαιρετικά χρονοβόρα, οι ερευνητές χρειάστηκαν πρώτα στοιχεία για το πότε θα μπορούσε να είχε συμβεί ασυνήθιστη ηλιακή δραστηριότητα.

Τα μεσαιωνικά ιαπωνικά ημερολόγια αποκάλυψαν «κόκκινα φώτα» στον ουρανό

Μια πρωτότυπη πηγή προέρχεται από το Meigetsuki, το ημερολόγιο του Ιάπωνα ποιητή και αυλικού Fujiwara no Teika (1162–1241). Τον Φεβρουάριο του 1204 μ.Χ., περιέγραψε ότι είδε ένα «κόκκινο φως στον βόρειο ουρανό του Κιότο».

Τα συμβάντα ηλιακών πρωτονίων δεν παράγουν άμεσα σέλας, αλλά συχνά συνδέονται με παρόμοιες ηλιακές διαταραχές. Αυτή η ιστορική παρατήρηση έδωσε στους ερευνητές ένα χρονοδιάγραμμα για να διερευνήσουν πιο προσεκτικά.

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες μέτρησαν τα επίπεδα άνθρακα 14 σε θαμμένο ξύλο asunaro που ανακτήθηκε από τον νομό Aomori στη βόρεια Ιαπωνία. Ανακάλυψαν μια ακίδα στον άνθρακα 14 που παραπέμπει σε ένα υπο-ακραίο γεγονός ηλιακού πρωτονίου. Συνδυάζοντας αυτές τις μετρήσεις με δενδροκλιματικές μελέτες — δηλαδή μια μέθοδο χρονολόγησης που βασίζεται στη σύγκριση των μοτίβων ανάπτυξης των δέντρων που συνδέονται με το περιφερειακό κλίμα — οι ερευνητές προσδιόρισαν ότι το συμβάν πιθανότατα συνέβη μεταξύ του χειμώνα του 1200 και της άνοιξης του 1201 CE. Ιστορικά αρχεία στην Κίνα περιγράφουν ένα κόκκινο σέλας ορατό σε ασυνήθιστα χαμηλά γεωγραφικά πλάτη την ίδια στιγμή.

Απόδειξη ενός εξαιρετικά ενεργού Ήλιου

«Τα δεδομένα υψηλής ακρίβειας όχι μόνο μας επιτρέπουν να χρονολογούμε με ακρίβεια υποακραία συμβάντα ηλιακών πρωτονίων, αλλά μας επιτρέπουν επίσης να ανασυνθέσουμε ξεκάθαρα τον ηλιακό κύκλο με την πάροδο του χρόνου», είπε ο Miyahara. “Σήμερα, η δραστηριότητα του Ήλιου κυμαίνεται σε κύκλους διάρκειας έντεκα ετών, αλλά διαπιστώσαμε ότι ο κύκλος ήταν μόνο επτά έως οκτώ ετών τότε, υποδεικνύοντας έναν πολύ ενεργό Ήλιο. Το SPE που χρονολογήσαμε συνέβη στην κορυφή ενός από αυτούς τους κύκλους.”

Η έρευνα συμβάλλει στην κάλυψη σημαντικών κενών στην ιστορία της ηλιακής δραστηριότητας και βελτιώνει την κατανόηση των επικίνδυνων καιρικών φαινομένων στο διάστημα από τους επιστήμονες. Σύμφωνα με τον Miyahara, η ανάλυση άνθρακα 14 από μόνη της δεν αρκεί. Τα ιστορικά αρχεία και άλλες επιστημονικές μέθοδοι είναι επίσης απαραίτητες για την ανακατασκευή της παρελθούσας ηλιακής συμπεριφοράς.

“Η ιστορική βιβλιογραφία παρέχει ένα υποψήφιο χρονικό παράθυρο και η δενδροκλιματολογία επιτρέπει την άμεση σύγκριση μεταξύ των ανιχνευμένων SPE και των αναφορών ηλιακών κηλίδων και σέλας που έχουν καταγραφεί στη βιβλιογραφία. Μια τέτοια ολοκληρωμένη προσέγγιση απαιτείται για την ακριβή αναπαράσταση της προηγούμενης ηλιακής δραστηριότητας, η οποία μας βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα τα χαρακτηριστικά του ακραίου διαστημικού καιρού”, κατέληξε ο Miyahara. “Για παράδειγμα, ενώ τα SPE που βρήκαμε συνέβησαν κοντά σε κορυφές ηλιακού κύκλου, μερικά από τα παρατεταμένα σέλας χαμηλού γεωγραφικού πλάτους που τεκμηριώνονται στη βιβλιογραφία φαίνεται να πλησιάζουν περισσότερο στο ελάχιστο ανακατασκευασμένο ηλιακό μας κύκλο. Αυτό είναι απροσδόκητο και μας ενδιαφέρει να δούμε περισσότερα για τις ηλιακές συνθήκες που μπορεί να το προκαλούν.”