Средневековый японский дневник помог ученым обнаружить опасное солнечное событие
Новая методика, использующая данные углеродного анализа годичных колец деревьев и исторические записи, позволила обнаружить солнечное событие 1200–1201 гг. н.э., что дает представление о прошлой солнечной активности и улучшает прогнозы космической погоды.
На Земле интенсивная солнечная активность часто проявляется в виде красочных полярных сияний, которые кажутся безобидными. Однако, помимо защиты магнитного поля нашей планеты, Солнце может стать гораздо более опасным, высвобождая мощные вспышки и массивные выбросы заряженных частиц.
Эти извержения могут привести к протонным событиям (ПЭС), когда высокоэнергетические частицы несутся к Земле со скоростью, достигающей 90% от скорости света. В 1972 году между миссиями «Аполлон-16» и «Аполлон-17» произошла серия ПЭС.
Если бы астронавты находились в космосе в то время, они бы подверглись потенциально смертельному радиационному облучению. Поскольку будущие миссии направлены на возвращение людей на Луну, понимание этих непредсказуемых событий становится все более важным.
Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) разработали новый способ обнаружения прошлых солнечных протонных событий (СПЭ). Их подход использует средневековые записи для проведения высокоточного анализа углерода-14 в погребенных деревьях асунаро на севере Японии.
Объединив эти методы, команда идентифицировала СПЭ, произошедшее между зимой 1200 года и весной 1201 года нашей эры, в период интенсивной солнечной активности. Результаты были опубликованы в журнале Proceedings of the Japan Academy, Series B.
Обнаружение субэкстремальных солнечных протонных событий
Профессор Хироко Мияхара из Отдела солнечно-земной среды и климата OIST объясняет: «Предыдущие исследования исторических солнечных протонных событий были сосредоточены на редких, чрезвычайно мощных событиях. Наша статья предоставляет основу для обнаружения субэкстремальных солнечных протонных событий — событий, которые происходят чаще и составляют примерно 10-30% от самых экстремальных случаев, но все еще опасны. Субэкстремальные солнечные протонные события сложнее обнаружить, но наш метод теперь позволяет нам эффективно идентифицировать их и лучше понимать условия, при которых они с большей вероятностью происходят».
Большая часть высокоэнергетических протонов, образующихся во время солнечных протонных событий, блокируется магнитным полем Земли. Вблизи полюсов, где линии магнитного поля выходят в космос, или во время особенно сильных событий, некоторые частицы могут проникать в атмосферу. При столкновении с атмосферными газами они образуют углерод-14, который распространяется по атмосфере и становится частью живых организмов.
Ученые могут отслеживать прошлую солнечную активность, измеряя уровни углерода-14 в сохранившемся органическом материале, таком как погребенные деревья. Этот метод позволяет выявить изменения за последние 10 000 лет. Благодаря высокоточным методам, разработанным более десяти лет назад, исследователи теперь могут обнаруживать более мелкие изменения, которые ранее были невидимы, что позволяет идентифицировать субэкстремальные солнечные проекции.
Сочетание исторических данных и научного анализа
Поскольку этот высокоточный метод требует значительного времени и усилий, команде сначала нужны были подсказки о том, когда следует проводить поиск. Они нашли одну в «Мэйгэцуки», дневнике японского придворного и поэта Фудзивары но Тэйки (1162–1241), который записал, что видел «красные огни в северном небе над Киото» в феврале 1204 года н.э.
Хотя солнечные проекции не вызывают полярные сияния напрямую, они часто происходят одновременно с солнечной активностью, которая их вызывает. Это помогло исследователям сузить область поиска. Они проанализировали уровни углерода-14 в древесине асунаро, найденной в префектуре Аомори, и обнаружили пики, указывающие на субэкстремальную солнечную проекцию.
Используя дендроклиматологию — метод, сравнивающий закономерности роста годичных колец деревьев с климатическими условиями, — команда датировала это событие периодом между зимой 1200 года и весной 1201 года нашей эры. Этот временной промежуток совпадает с сообщениями из Китая, описывающими редкое красное полярное сияние на низких широтах.
Реконструкция солнечных циклов и рисков космической погоды
«Высокоточные данные позволили нам не только точно датировать субэкстремальные солнечные протонные события, но и четко реконструировать солнечные циклы того периода», — добавляет 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».
Полученные результаты помогают заполнить важные пробелы в исторической летописи солнечной активности и улучшить понимание опасной космической погоды. Мияхара отмечает, что одного анализа углерода-14 недостаточно.
«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 космических погодных явлений», — заключает 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».
