Екстремальна сонячна буря може завдати шкоди сучасному світу

У вересні 1859 року, того самого року, коли Дарвін опублікував «Про походження видів», телеграфні системи в Європі та Північній Америці перестали працювати та почали іскрити, що в деяких випадках призводило до пожеж. Буквально за кілька годин до цього дослідники спостерігали перший в історії підтверджений сонячний спалах – інтенсивний сплеск випромінювання від Сонця. Це було попередженням, що щось велике ось-ось вдариться по нашій планеті.

Більшість північного та південного неба освітлювалися яскравими полярними сяйвами (північне та південне сяйво), що вказувало на те, що йде потужна сонячна буря. Ця буря, пізніше названа подією Керрінгтона, була однією з найсильніших в історії. Однак у нещодавній статті в Nature ми показали, що в не такому далекому минулому Земля страждала від набагато більш екстремальних сонячних бур.

Докази цих штормів отримані, зокрема, в результаті аналізу рівнів радіоактивного вуглецю – відомого як радіовуглець, або вуглець-14 – у кільцях дерев. Сонячні бурі викликають збурення в магнітному щиті Землі, або магнітосфері. Одним із поширених способів їх виникнення є викиди корональної маси – викиди заряджених частинок від Сонця – які досягають Землі та проникають у магнітосферу.

Екстремальні сонячні бурі можуть призвести до катастрофи для нашого високотехнологічного суспільства, оскільки вони можуть пошкодити супутники та вивести з ладу комунікаційні та глобальні електромережі. Сила деяких минулих екстремальних сонячних бур, виявлена ​​в кільцях дерев, свідчить про те, що вони завдали шкоди нашій технологічній інфраструктурі в небачених раніше масштабах. Наприклад, одна екстремальна сонячна буря, яка, як відомо, відбулася в 774 році нашої ери, затьмарила подію Керрінгтона.

Вимірювання радіовуглецю

Радіовуглецеве або вуглецеве датування широко використовувалося протягом десятиліть для старіння колись живих об’єктів, таких як кістка, дерево та шкіра. Коли рослини і тварини гинуть, радіовуглець всередині них розпадається з передбачуваною швидкістю. Тож, вимірявши, скільки радіоактивного вуглецю залишилося в такому об’єкті, як кістка, вчені можуть оцінити, як давно організм загинув.

Проте в останнє десятиліття вчені виявили, що екстремальні сонячні бурі можуть впливати на кількість радіоактивного вуглецю, що поглинається живими організмами, такими як дерева. Це дає дослідникам можливість шукати екстремальні сонячні події, не зафіксовані в книгах історії, і точно датувати їх.

Кількість радіовуглецю в атмосфері змінюється з часом, через що радіовуглецеве датування може давати оманливий вік. Тому протягом багатьох років докладалися значні зусилля для «калібрування» радіовуглецевого запису, щоб зробити його більш точним. Це означає співвіднесення його з іншим матеріалом відомого віку.

Це можуть бути дерева, які можна датувати за кільцями росту, або сталагміти та корали, датовані іншими методами. У поєднанні з наукою про визначення віку за кільцями дерев (дендрохронологія) радіовуглецевий сигнал надзвичайної сонячної бурі може стати точкою відліку для точного року. Це може допомогти зробити радіовуглецеве датування ще точнішим.

Переглядаючи наявні докази цих екстремальних сонячних бур, тепер ми можемо спробувати з’ясувати, як часто вони відбуваються. Докази говорять нам багато речей про глобальний кругообіг вуглецю, циркуляцію океану й атмосфери (як тепло перерозподіляється поверхнею Землі) і роботу Сонця.

Сонячні бурі змінюють радіоактивний вуглець у деревах

У 2012 році група під керівництвом Фуси Міяке з Університету Нагоя в Японії виявила, що екстремальні сонячні бурі можуть призвести до різких змін концентрації радіоактивного вуглецю в кільцях дерев. До цього вважалося, що темпи виробництва радіоактивного вуглецю суттєво не змінюються протягом коротких періодів часу, тому щорічні вимірювання радіоактивного вуглецю в минулому навряд чи становлять особливий інтерес.

Вони виявили величезний сплеск вироблення радіовуглецю в атмосфері, пов’язаний з екстремальним штормом AD774. Було підтверджено, що інші екстремальні події відбулися в 993 році нашої ери, 660 році до нашої ери, 5259 році до нашої ери та 7176 році до нашої ери.

Найбільш екстремальний сонячний шторм, який ми виявили в радіовуглецевих записах, стався приблизно 14 370 років тому, наприкінці останнього льодовикового періоду.

Ми ще не знаємо, чи є ці події просто більш масштабними версіями звичайних сонячних бур – так званих подій «Чорного лебедя» – чи вони спричинені різними фізичними явищами. Оскільки більш екстремальні сонячні бурі будуть ідентифіковані з радіовуглецевого запису, вони доповнять наші знання про фізичні процеси, що відбуваються в нашій батьківській зірці.

Одна з найбільших загроз великого сонячного шторму — це його потенціал миттєво вбити весь парк супутників (за винятком тих супутників на низькій висоті, які постійно захищені геомагнітним полем), а також вивести з ладу електромережі. Важливо мати можливість прогнозувати ці події та завчасно попереджати операторів електромереж.

У найближчі роки радіовуглецевий запис цілком може виявити більше екстремальних
сонячних бур. Наукове співтовариство поспішає проаналізувати старі дерева з різних регіонів світу з метою зміцнення існуючих доказів і виявлення нових екстремальних сонячних штормів минулого.

Покращення нашого розуміння цих екстремальних явищ важливо не лише для точного радіовуглецевого датування, але й для розуміння процесів, що відбуваються на Сонці та на нашій планеті. Це також може допомогти нам підготуватися до наступної екстремальної сонячної бурі. Ми ще не можемо передбачити, коли це станеться, але нове уявлення про минуле говорить нам, що воно рано чи пізно станеться.