Смертоносная солнечная буря «Красное небо» 800-летней давности обнаружена в древних деревьях

Древние погребенные деревья и средневековые записи о красном свечении в небе позволили выявить мощную солнечную радиационную бурю, обрушившуюся на Землю более 800 лет назад. Credit: AI/ScienceDaily.com

Мощная солнечная активность может вызывать впечатляющие полярные сияния на Земле, но за пределами защиты магнитного поля нашей планеты Солнце может стать чрезвычайно опасным. Такие бурные явления, как солнечные вспышки и корональные выбросы массы, могут выбрасывать в космос частицы высоких энергий, создавая серьезные риски для астронавтов и космических аппаратов.

Некоторые из этих извержений приводят к событиям солнечных протонов (СПС), во время которых заряженные частицы устремляются к Земле со скоростью, достигающей 90% скорости света. В 1972 году несколько СПС произошли между миссиями «Аполлон-16» и «Аполлон-17» на Луну. Если бы астронавты подверглись их воздействию во время лунной миссии, они могли бы получить смертельные дозы радиации. Поскольку космические агентства готовятся к будущему исследованию Луны, ученые работают над тем, чтобы лучше понять эти непредсказуемые солнечные явления.

Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) разработали новый способ обнаружения свидетельств прошлых СПС. Команда объединила средневековые исторические записи со сверхточными измерениями углерода-14, взятыми из погребенных деревьев хиноки (асунаро) на севере Японии. Используя этот метод, они идентифицировали событие солнечных протонов, которое, вероятно, произошло в период между зимой 1200 года и весной 1201 года нашей эры — время, отмеченное необычно интенсивной солнечной активностью. Результаты были опубликованы в журнале Proceedings of the Japan Academy, Series B.

Профессор Хироко Мияхара из отдела солнечно-земной среды и климата OIST объяснила: «Предыдущие исследования исторических СПС были сосредоточены на редких, чрезвычайно мощных событиях. Наша статья предоставляет основу для обнаружения субэкстремальных СПС — событий, которые происходят чаще и составляют около 10–30% от размера самых экстремальных случаев, но все еще опасны. Субэкстремальные СПС труднее обнаружить, но наш метод теперь позволяет эффективно их идентифицировать и лучше понимать условия, при которых они с большей вероятностью происходят».

Древние деревья хранят подсказки о солнечных бурях

Магнитное поле Земли блокирует большую часть частиц высоких энергий, выделяющихся во время СПС. Однако вблизи полюсов силовые линии магнитного поля открываются в космос, позволяя некоторым частицам проникать в атмосферу. Во время особенно мощных событий эти частицы сталкиваются с атмосферными газами и создают соединения углерода-14, которые распространяются по всему земному шару и накапливаются внутри живых организмов.

Анализируя уровни углерода-14 в сохранившемся органическом материале, таком как древние погребенные деревья, ученые могут отслеживать изменения солнечной активности на протяжении тысяч лет. Команда OIST использовала метод сверхточных измерений, который они совершенствовали более десяти лет. Этот метод может обнаруживать гораздо меньшие колебания углерода-14, чем обычные методы, что позволяет идентифицировать более слабые «субэкстремальные» события солнечных протонов, которые ранее были невидимы.

Поскольку анализ углерода-14 чрезвычайно трудоемок, исследователям сначала понадобились подсказки о том, когда могла произойти необычная солнечная активность.

Средневековый японский дневник раскрыл «красные огни» в небе

Одна из ключевых подсказок была найдена в «Мэйгэцуки», дневнике японского поэта и придворного Фудзивара-но Тэйка (1162–1241). В феврале 1204 года нашей эры он описал «красные огни в северном небе над Киото».

События солнечных протонов не создают полярные сияния напрямую, но они часто связаны с теми же типами солнечных возмущений, которые их вызывают. Это историческое наблюдение дало исследователям временные рамки для более детального изучения.

Затем ученые измерили уровни углерода-14 в погребенной древесине асунаро, извлеченной в префектуре Аомори на севере Японии. Они обнаружили всплески углерода-14, указывающие на субэкстремальное событие солнечных протонов. Комбинируя эти измерения с дендроклиматическими исследованиями (методом датирования, основанным на сравнении закономерностей роста годичных колец, связанных с региональным климатом), исследователи определили, что событие, вероятно, произошло в период между зимой 1200 года и весной 1201 года нашей эры. Исторические записи из Китая также описывают красное полярное сияние, видимое на необычно низких широтах в тот же период.

Свидетельства исключительно активного Солнца

«Данные высокой точности не только позволили нам точно датировать субэкстремальные события солнечных протонов, но и четко реконструировать солнечные циклы того периода, — сказала 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. СПС, который мы датировали, произошел на пике одного из этих циклов».

Исследование помогает восполнить важные пробелы в истории солнечной активности и улучшает понимание учеными опасных событий космической погоды. По словам Мияхары, одного лишь анализа углерода-14 недостаточно. Исторические записи и другие научные методы также необходимы для реконструкции прошлого поведения Солнца.

«Историческая литература предоставляет возможное временное окно, а дендроклиматология позволяет проводить прямое сравнение между обнаруженным СПС и сообщениями о солнечных пятнах и полярных сияниях, записанными в литературе. Такие комплексные подходы необходимы для точной реконструкции прошлой солнечной активности, помогая нам лучше понять характеристики экстремальной космической погоды, — заключила Мияхара. — Например, в то время как обнаруженный нами СПС произошел вблизи пика солнечного цикла, некоторые из продолжительных низкоширотных полярных сияний, зафиксированных в литературе, по-видимому, приходятся на минимум нашего реконструированного солнечного цикла. Это неожиданно, и мы рады изучить, какие солнечные условия могли это вызвать».

Источники:

Материалы предоставлены Высшей школой Окинавского института науки и технологий (OIST).

Hiroko MIYAHARA, Ryuho KATAOKA, Kazuaki YAMAMOTO, Fuyuki TOKANAI, Toru MORIYA, Mirei TAKEYAMA, Hirohisa SAKURAI, Motonari OHYAMA, Kazuho HORIUCHI, Hideyuki HOTTA. Extremely active Sun from 1190 to 1220 in the Medieval Period: Intercomparison of historical records and tree-ring carbon-14. Proceedings of the Japan Academy, Series B, 2026; 102 (4): 156 DOI: 10.2183/pjab.102.011