Кредит: Обсерватория солнечной динамики НАСА, Ассамблея атмосферных изображений
В сентябре 1859 года, в том же году, когда Дарвин опубликовал свой труд «О происхождении видов», телеграфные системы по всей Европе и Северной Америке перестали работать и начали искрить, что в некоторых случаях приводило к пожарам.
Всего за несколько часов до этого исследователи наблюдали первую подтвержденную солнечную вспышку — интенсивный выброс радиации, исходящий от Солнца. Это было предупреждение о том, что что-то крупное вот-вот ударит по нашей планете. Большая часть северного и южного неба озарилась яркими полярными сияниями (северное и южное сияние), сигнализирующими о приближении мощной солнечной бури.
Этот шторм, позже названный событием Кэррингтона, был одним из самых сильных в задокументированной истории. Однако в недавней статье в Nature мы показали, что в не столь далеком прошлом Земля подвергалась гораздо более экстремальным солнечным бурям. Доказательства этих бурь были получены, в частности, из анализа уровней радиоактивного углерода — известного как радиоуглерод, или углерод-14 — в кольцах деревьев.
Солнечные бури вызывают нарушения в магнитном щите Земли, или магнитосфере. Одним из частых способов их возникновения являются выбросы корональной массы — выбросы заряженных частиц из Солнца, которые достигают Земли и проникают в магнитосферу. Экстремальные солнечные бури могут стать катастрофой для нашего высокотехнологичного общества, поскольку они могут повредить спутники и вывести из строя сети связи и глобальные электросети.
Сила некоторых прошлых экстремальных солнечных бурь, обнаруженных в годичных кольцах деревьев, позволяет предположить, что они могли бы нанести ущерб нашей технологической инфраструктуре в масштабах, невиданных ранее. Например, одна экстремальная солнечная буря, произошедшая в 774 году нашей эры, затмила бы событие Кэррингтона.
Измерение радиоуглерода
Радиоуглеродное или углеродное датирование широко использовалось в течение десятилетий для определения возраста объектов, которые когда-то были живыми, таких как кость, дерево и кожа. Когда растения и животные умирают, радиоуглерод внутри них распадается с предсказуемой скоростью. Поэтому, измеряя, сколько радиоуглерода осталось в объекте, таком как кость, ученые могут оценить, как давно умер организм.
Однако в последнее десятилетие ученые обнаружили, что экстремальные солнечные бури могут влиять на количество радиоуглерода, поглощаемого живыми организмами, такими как деревья. Это дает исследователям возможность искать экстремальные солнечные события, не зафиксированные в исторических книгах, и точно датировать их.
Количество радиоуглерода в атмосфере меняется со временем, что может привести к тому, что радиоуглеродное датирование будет давать вводящие в заблуждение данные о возрасте. Поэтому на протяжении многих лет предпринимались значительные усилия по «калибровке» радиоуглеродных данных, чтобы сделать их более точными. Это означает соотнесение их с другими материалами известного возраста. Это могут быть деревья, которые можно датировать по их годичным кольцам, или сталагмиты и кораллы, которые были датированы другими методами.
В сочетании с наукой определения возраста по годичным кольцам (дендрохронология) радиоуглеродная сигнатура экстремальной солнечной бури может предоставить точку отсчета для точного года. Это может помочь сделать радиоуглеродное датирование еще более точным.
Рассматривая имеющиеся доказательства этих экстремальных солнечных бурь, мы теперь можем попытаться выяснить, как часто происходят эти события. Доказательства говорят нам многое о глобальном углеродном цикле, океанической и атмосферной циркуляции (как тепло перераспределяется по поверхности Земли) и работе Солнца.
Солнечные бури изменяют радиоуглерод в деревьях
В 2012 году группа под руководством Фусы Мияке из Нагойского университета в Японии обнаружила, что экстремальные солнечные бури могут вызывать резкие изменения в концентрации радиоуглерода, обнаруженного в кольцах деревьев. До этого считалось, что скорость производства радиоуглерода не сильно меняется в течение коротких промежутков времени, поэтому ежегодные измерения радиоуглерода в прошлом вряд ли представляли особый интерес.
Они выявили огромный всплеск производства радиоуглерода в атмосфере, связанный с экстремальным штормом 774 г. н. э. С тех пор было подтверждено, что другие экстремальные события произошли в 993 г. н. э., 660 г. до н. э., 5259 г. до н. э. и 7176 г. до н. э. Самая экстремальная солнечная буря, которую мы обнаружили в радиоуглеродной летописи, произошла около 14 370 лет назад, ближе к концу последнего ледникового периода.
Мы пока не знаем, являются ли эти события просто более масштабными версиями обычных солнечных бурь — так называемых событий «Черного лебедя» — или они вызваны отдельными физическими явлениями. Поскольку более экстремальные солнечные бури будут идентифицированы по данным радиоуглеродного анализа, они дополнят наши знания о физических процессах, происходящих в нашей родительской звезде.
Одной из самых больших угроз от большой солнечной бури является ее потенциальная возможность мгновенно уничтожить весь флот спутников (за исключением тех низковысотных спутников, которые постоянно защищены геомагнитным полем), а также вывести из строя электросети. Возможность прогнозировать эти события и заранее предупреждать операторов сетей имеет жизненно важное значение.
В ближайшие годы радиоуглеродные данные вполне могут обнаружить более экстремальные солнечные бури. Научное сообщество спешит проанализировать старые деревья из разных регионов мира с целью подкрепить имеющиеся доказательства и обнаружить новые экстремальные солнечные бури прошлого.
Расширение нашего понимания этих экстремальных событий важно не только для точного радиоуглеродного датирования, но и для понимания процессов, происходящих на Солнце и на нашей собственной планете. Это также может помочь нам в подготовке к следующей экстремальной солнечной буре. Мы пока не можем предсказать, когда она произойдет, но новые знания о прошлом говорят нам, что рано или поздно она произойдет.
Информация от: The Conversation
