Naukowcy połączyli średniowieczne japońskie zapiski z pomiarami w drzewach i odkryli dawny, groźny epizod pogody kosmicznej.
Piękna czerwona zorza to na Ziemi widok efektowny, czasem wręcz romantyczny. Ale ta sama aktywność Słońca, która maluje niebo nad biegunami, poza ochroną ziemskiego pola magnetycznego może zamienić się w śmiertelne zagrożenie.
Zespół z Okinawa Institute of Science and Technology pokazał właśnie, iż ślady takich dawnych epizodów da się tropić dzięki połączeniu ultradokładnych pomiarów węgla-14 w starym drewnie z historycznymi zapisami z Japonii i Chin. W ten sposób badacze wytypowali i datowali zdarzenie protonowe ze Słońca na okres między zimą 1200 r. a wiosną 1201 r.
Co adekwatnie odkryli badacze?
Nowa praca nie dotyczy po prostu jednej z tych absolutnie rekordowych, legendarnych burz słonecznych, które zostawiają po sobie ogromne skoki w archiwach izotopowych. Jej sens jest trochę inny i pod pewnym względem ważniejszy. Badacze pokazali metodę wykrywania zdarzeń protonowych o skali mniejszej niż ekstremalna, ale przez cały czas niebezpiecznej.
Hiroko Miyahara z OIST podkreśla, iż chodzi o zdarzenia o sile mniej więcej 10-30 proc. największych znanych epizodów. To właśnie one mogą występować częściej, a przez to stanowić problem dla przyszłej eksploracji kosmosu.
SPE, czyli solar proton event, to epizod, w którym Słońce wyrzuca strumień bardzo energetycznych protonów. Według OIST takie cząstki mogą pędzić z prędkością sięgającą choćby 90 proc. prędkości światła. Na Ziemi większość z nich odbija lub odchyla magnetosfera. Ale przy biegunach, gdzie linie pola magnetycznego są bardziej otwarte na kosmos, oraz podczas silniejszych epizodów część tych cząstek może wnikać w atmosferę i wywoływać reakcje prowadzące m.in. do powstawania radioaktywnego węgla-14.
To naprawdę może być śmiertelne zagrożenie
Problem pojawia się przede wszystkim wtedy, gdy ludzie wychodzą poza osłonę magnetyczną planety albo przebywają tam, gdzie ochrona jest dużo słabsza. W 1972 r. seria zdarzeń protonowych wystąpiła między misjami Apollo 16 i Apollo 17. Gdyby taki epizod zgrał się z pobytem astronautów w drodze na Księżyc albo na jego powierzchni, załoga byłaby wystawiona na bardzo groźne promieniowanie. Podobnie opisywała to wcześniej NASA, wskazując, iż burza z sierpnia 1972 r. mogła być niebezpieczna dla astronautów, gdyby misja trwała w tamtym momencie.
Wraz z programem Artemis ludzie znów zaczynają opuszczać niską orbitę okołoziemską i wracają do lotów w okolice Księżyca. Im więcej misji załogowych poza bezpieczną bańkę Ziemi, tym ważniejsze staje się lepsze rozumienie nie tylko skrajnie rzadkich superburz, ale także częstszych i słabszych zdarzeń, które przez cały czas mogą być bardzo groźne.
Co wspólnego z tym ma stary japoński zapis i iglak?
Trop nie wyszedł z teleskopu kosmicznego ani z jakiegoś superkomputera, tylko z literatury historycznej. Pierwszą wskazówką był Meigetsuki, dziennik wpływowego japońskiego dworzanina i poety Fujiwary no Teiki, żyjącego w latach 1162-1241. W zapisie z lutego 1204 r. odnotował czerwone światła na północnym niebie nad Kioto. Chodzi o dziennik poety, nie o czysty tekst literacki, ale właśnie taki historyczny zapis okazał się najważniejszym drogowskazem.
Same zdarzenia protonowe nie wywołują zórz bezpośrednio. Często jednak towarzyszą większym epizodom pogody kosmicznej, które zorzę już wytwarzają. Historyczna wzmianka o niezwykłym czerwonym świetle nie daje więc gotowej odpowiedzi, ale pomaga zawęzić okno czasowe, w którym warto szukać geochemicznego śladu w przyrodzie. I właśnie to zrobili badacze.
Drugim filarem badania były próbki drewna asunaro, czyli japońskiego drzewa iglastego z północnej części kraju, wydobyte w prefekturze Aomori. W takich próbkach zachowują się roczne słoje, a w nich chemiczny zapis tego, co działo się w atmosferze w czasie wzrostu drzewa. jeżeli do atmosfery trafia więcej węgla-14 powstałego w wyniku bombardowania cząstkami wysokoenergetycznymi, jego ślad zostaje zapisany również w drewnie.
Zespół OIST zastosował ultradokładną metodę pomiaru węgla-14, rozwijaną przez lata właśnie po to, by wychwytywać nie tylko rekordowe skoki, ale także mniejsze wahania niewidoczne przy zwykłej rozdzielczości. Klasyczne analizy dobrze łapią najbardziej spektakularne zdarzenia, takie jak słynne zdarzenia Miyake (gwałtowne i ekstremalne skoki stężenia radioaktywnego izotopu węgla-14 w atmosferze ziemskiej, które zostają trwale zapisane w słojach drzew), ale są znacznie mniej czułe na epizody pośrednie – mniej potężne, ale prawdopodobnie częstsze.
Gdzie dokładnie w czasie wypadło to zdarzenie?
Tu badacze zrobili coś bardzo sprytnego. Nie znaleźli po prostu jakiegoś wzrostu węgla-14 i nie ogłosili sukcesu. Połączyli pomiary izotopowe z badaniami dendroklimatycznymi, czyli z porównywaniem wzorów przyrostu słojów powiązanych z regionalnym klimatem, aby lepiej osadzić wynik w czasie. Dzięki temu zawęzili datowanie potencjalnego zdarzenia protonowego do okresu między zimą 1200 r. a wiosną 1201 r. To z kolei dobrze zazębia się z niezależnymi zapisami z Chin o czerwonej zorzy na niskich szerokościach geograficznych z tego samego okresu.
Trop z dziennika Teiki z 1204 r. nie dał konkretnego wyniku. Badacze nie znaleźli sygnału odpowiadającego temu zapisowi w 1204 r., ale natrafili na wcześniejsze zdarzenie z lat 1200-1201, które mogło być związane albo z dużymi plamami słonecznymi, albo z opisanymi w źródłach czerwonymi zorzami z tamtego wcześniejszego okresu. Zamiast potwierdzić prostą hipotezę, zmusiła badaczy do zbudowania bardziej złożonego obrazu aktywności Słońca.
Z pomiarów wynika jeszcze coś, co samo w sobie jest fascynujące. Dziś przywykliśmy do tego, iż aktywność Słońca podlega mniej więcej 11-letnim cyklom. Tymczasem zrekonstruowane przez badaczy przebiegi dla okresu 1190-1220 sugerują, iż wtedy cykl trwał raczej 7-8 lat, co wskazuje na bardzo aktywne Słońce. Sam wykryty epizod protonowy przypadł na szczyt jednego z takich cykli.
