Вчені знайшли докази сонячних суперштормів

Деревні кільця свідчать про давні сонячні бурі, допомагаючи вченим прогнозувати і готуватися до майбутніх подій, які можуть вивести з ладу супутники і технології. Дослідниця з Університету Західної Вірджинії припускає, що сувора космічна погода може залишати сліди в кільцях дерев, пропонуючи цінні докази, які можуть допомогти нам підготуватися до майбутніх катастрофічних подій, що можуть поставити під загрозу супутники зв’язку та астронавтів.

Емі Хессл, професор географії Коледжу мистецтв і наук Еберлі Університету Вірджинії, каже, що існує багато видів непередбачуваної космічної погоди — в тому числі геомагнітні бурі, які викликають полярні сяйва поблизу полюсів — і стародавні кільця дерев свідчать про деякі рідкісні та екстремальні події в далекому минулому.

«Якби одна з цих подій сталася сьогодні, і ви летіли б високоширотним рейсом до Норвегії, ви, ймовірно, отримали б дозу радіації за все життя в літаку, — каже Гессл. «А якби ви були в космосі, це могло б вас убити». Нещодавно Гессл отримав понад 202 000 доларів США від Національного наукового фонду для подальшого вивчення цієї теми.

Радіовуглець у кільцях дерев та явищах Міяке

Деякі явища виробляють сонячні енергійні частинки, які через каскад реакцій в атмосфері створюють радіоактивний вуглець. Оскільки дерева використовують вуглець з повітря для утворення деревини, річні кільця дерев фіксують історію минулої сонячної активності, каже Гессл. Довгі записи деревних кілець, що датуються століттями, виявили свідчення надзвичайно сильних штормів, відомих як «явища Міяке», які характеризуються швидким збільшенням кількості радіоактивного вуглецю в атмосфері. Перші події Міяке, які відбулися у 774 та 993 роках нашої ери, були виявлені 12 років тому. З того часу дослідницька спільнота виявила ще сім подій за останні 14 000 років.

«Деякі з цих подій були дійсно екстремальними і зараз були б неймовірно руйнівними для нашої телекомунікаційної системи, — сказав Гессл. «Це дуже рідкісна подія, але вона не виключена. Ми залежимо від супутників, і якби це сталося знову, це, ймовірно, знищило б більшу частину наших телекомунікацій, на відновлення яких знадобилося б 15 років. Це настільки потужно».

Сонячні спалахи спричиняють більшість подій з енергійними частинками, які потрапляють на Землю, але частинки також можуть надходити з галактичних космічних променів за межами Сонячної системи, які часто починаються з вибухів, таких як наднові зірки. Хоча більшість доказів вказують на Сонце як джерело подій Міяке, Гессл сподівається, що записи деревних кілець з різних куточків світу допоможуть науковому співтовариству встановити причини і визначити, наскільки серйозними були ці події.

Виклики в інтерпретації даних по кільцях дерев

Проблема полягає в тому, що дані, записані в деревних кільцях, можуть бути не такими простими, як вважали дослідники раніше.

«Донедавна вчені вважали, що дерева поглинають радіовуглець рівномірно, — каже Гессл. «Ми ставилися до дерев так, ніби вони були науковими інструментами. Але це не так. Вони потенційно дуже упереджені в тому, як вони поглинають радіоактивний вуглець. Тому ми вивчали, чому різні види дерев або дерева в різних місцях поглинають радіоактивний вуглець по-різному. Потім, коли ви дивитеся на дані, ви краще розумієте, наскільки надійним є цей реєстратор».

Докази подій Міяке також свідчать про те, що деякі дерева накопичують вуглець, який вони виділять пізніше, що робить їх менш надійними реєстраторами атмосферної хімії. Щоб зрозуміти чому, Гессл та її колеги — Марія Карбоне з Університету Північної Арізони та Рейчел Філветт зі штату Монтана — вивчають, наскільки послідовно різні дерева реєструють атмосферний радіоактивний вуглець у річному масштабі. Вони знайшли три місця в США, де деревина датується принаймні однією з трьох останніх великих подій Міяке, і де вони можуть вивчати фізіологію тих самих видів на живих деревах.

Вивчення різних видів дерев

«Ми вивчаємо три види, які мають дуже різні фізіологічні стратегії виробництва деревини», — каже Гессл. «Вічнозелена хвойна рослина зі штату Юта, сосна щетиниста, є найдовговічнішим видом дерев у світі. Вони живуть кілька тисяч років і є основою того, що ми знаємо про минулий вміст радіовуглецю в атмосфері. Саме завдяки їм ми знаємо, яким був його рівень у минулому, і саме вони є найбільш вивченими».

Команда зможе порівняти щетинисті сосни зі штату Юта з листяними лисими кипарисами в Північній Кароліні та дубами, що збереглися в руслах річок Міссурі. Після взяття зразка серцевини розміром з олівець — або поперечного зрізу, якщо дерево мертве — вони датуватимуть кожне кільце роком за допомогою перехресного датування, незалежного методу датування, який дозволяє вченим підтвердити рік формування кожного кільця. Будь-яке дерево, яке було живим під час однієї з подій Міяке, зафіксувало б ці події в хімії кілець. Але Гессл каже, що вона очікує, що не всі дерева будуть робити це однаково.

«Ми намагаємося визначити, наскільки екстремальними були ці події, — сказав Гессл. «Коли саме вони відбулися? Як довго радіоактивний вуглець залишався в атмосфері? Ми повинні бути впевнені, що використовуємо надійні реєстратори, і саме це ми намагаємося з’ясувати. Наскільки надійно ці дерева реєструють рівень радіовуглецю в атмосфері?»

Вивчаючи, як різні дерева фіксують минулі події і як вони поглинають радіоактивний вуглець сьогодні, Гессл сподівається краще зрозуміти, як підготуватися до майбутніх подій, в тому числі досить інтенсивних, щоб загрожувати технологічній інфраструктурі. Хоча, за її словами, подія в Міяке є екстремальною і малоймовірною, ключовим моментом є завчасна підготовка.

«Деякі речі трохи роздуваються, але ми бачили, що сталося під час пандемії з погляду початкової паніки. Тому дуже розумно спробувати з’ясувати, що є верхньою межею цих речей, а потім повідомити про це ІТ-спільноті, щоб наші технології були захищені».

Дослідження було профінансовано Національним науковим фондом США.