Поэзия помогла связать солнечные вспышки с годичными кольцами деревьев

Фото из открытых источников

По мере приближения к последнему периоду солнечного максимума ученые и исследователи изучают аналогичные события в прошлом, чтобы узнать больше о древних всплесках солнечной активности. В частности, они хотят узнать больше о солнечных протонных событиях (СПЭ). Эти вспышки высокоэнергетических частиц запускаются вспышками и выбросами корональной массы.

Хотя солнечные протонные вспышки (СПЭ) не вызывают полярных сияний, они связаны с космической погодой, которая их вызывает. Если вспышка достаточно сильна, заряженные протоны СПЭ могут проникать глубже в магнитосферу Земли. Там они высвобождают свою энергию при столкновении с атмосферными газами. Это приводит к образованию соединения углерода-14, которое в конечном итоге оседает в органических материалах, таких как деревья. 

Измеряя содержание углерода-14 в захороненных деревьях, исследователи из Отдела солнечно-земной среды и климата Окинавского института науки и технологий смогли выявить колебания солнечной активности. Эти сверхточные измерения позволяют им изучать более мелкие колебания, которые невозможно обнаружить обычными методами, что теперь позволяет обнаруживать субэкстремальные СПЭ. Найти свидетельства крупных вспышек относительно легко, но когда ученые ищут субэкстремальные события?

Профессор Хироко Мияхара из этого подразделения отметила, что предыдущие исследования были сосредоточены на более экстремальных, но редких событиях. «Наша работа предоставляет основу для обнаружения субэкстремальных SPE — событий, которые происходят чаще и составляют примерно 10-30% от масштабов самых экстремальных случаев, но все еще опасны», — сказала она. «Обнаружение субэкстремальных SPE представляет собой более сложную задачу, но наш метод теперь позволяет нам эффективно идентифицировать их и лучше понимать условия, при которых они с большей вероятностью происходят».

Поскольку этот чрезвычайно точный метод требует много времени, команде сначала нужно было выяснить, когда и где искать свидетельства прошлых солнечных погодных явлений. В период с 1200 по 1205 год нашей эры Земля пережила один из самых пиковых периодов солнечной активности, так называемый Средневековый максимум солнечной активности. В это время люди наблюдали (а в некоторых местах и фиксировали) северное сияние. Несколько зафиксированных наблюдений поступили от наблюдателей из средних широт Китая, Кореи и Японии, где полярные сияния наблюдаются нечасто. Хороший пример — это работа «Мэйгэцуки», дневник Фудзивары но Садаиэ. Он был придворным Японской империи, известным своей поэзией. В своей работе он отмечает появление красных полярных сияний в Киото на низких широтах. Они наблюдались 21 и 23 февраля 1204 года.

Другой наблюдатель, Омуро Сёсёки, зафиксировал то же событие — сильную магнитную бурю, продолжавшуюся несколько дней. Вероятно, это одно из старейших экстремальных явлений космической погоды того времени. Наблюдатели видели красно-белые полосы на севере и северо-востоке; вся буря, возможно, была связана с большим солнечным пятном, зафиксированным в китайском документе от 21 февраля 1204 года. Также есть записи о наблюдении полярных сияний в следующем месяце в «Мэйгэцуки», а также в китайском и французском документах. В «Мэйгэцуки» автор описывает полярные сияния, наблюдавшиеся в течение трёх ночей.

Эти древние тексты предоставили чрезвычайно важные подсказки о времени возникновения вспышек. Затем ученые искали и обнаружили пики углерода-14 в погребенной древесине асунаро в древних лесах, которые когда-то процветали на севере Японии. Вместе с дендроклиматическими исследованиями — то есть методом датирования, основанным на сравнении закономерностей роста годичных колец деревьев, связанных с региональным климатом, — исследователи определили это конкретное событие где-то между зимой 1200 г. н.э. и весной 1201 г. н.э., в период, когда наблюдатели в Китае также сообщали о наблюдении красного полярного сияния на низких широтах.

Когда команда провела реконструкцию солнечных циклов того времени, они обнаружили, что это конкретное солнечное протонное событие произошло на пике этого солнечного цикла. Дальнейшие исследования показали, что циклы в тот период истории были значительно короче, чем те, которые мы наблюдаем в наше время, и указывают на чрезвычайно высокую солнечную активность. «Высокоточные данные позволили нам не только точно датировать субэкстремальные солнечные протонные события, но и четко реконструировать солнечные циклы того периода», — сказал Мияхара. «Сегодня активность Солнца колеблется в течение одиннадцатилетних циклов, но мы обнаружили, что тогда цикл составлял всего семь-восемь лет, что указывает на очень активное Солнце. Солнечное протонное событие, которое мы датировали, произошло на пике одного из этих циклов».

Это исследование помогает заполнить пробелы в исторической летописи солнечной активности, предоставляя ученым более долгосрочное представление о поведении нашего Солнца. Понимание солнечных протонных эмиссий и других вспышек важно по мере возобновления человеком исследования Луны и других космосов. Использование исторических наблюдений и радиоуглеродного датирования органических материалов помогает получить гораздо более полную картину вспышек космической погоды. Но, как подчеркивает Мияхара, точные измерения с помощью радиоуглерода-14 необходимо сочетать с другими подходами.

«Историческая литература предоставляет потенциальный временной интервал, а дендроклиматология позволяет напрямую сравнивать обнаруженные солнечные протонные вспышки с сообщениями о солнечных пятнах и полярных сияниях, зафиксированными в литературе. Такие комплексные подходы необходимы для точной реконструкции прошлой солнечной активности, помогая нам лучше понять характеристики экстремальных явлений космической погоды», — отметил Мияхара. «Например, хотя обнаруженная нами солнечная протонная вспышка произошла вблизи пика солнечного цикла, некоторые продолжительные полярные сияния на низких широтах, зафиксированные в литературе, по-видимому, приходятся на минимум реконструированного нами солнечного цикла. Это неожиданно, и мы с нетерпением ждем возможности подробнее изучить, какие солнечные условия могли вызвать это».