Bei der Suche nach Planeten und dem Studium ihrer Sterne hatte ich das Privileg, einige der größten Teleskope der Welt zu benutzen. Unser Team hat sich jedoch kürzlich einem noch größeren System zugewandt, um den Kosmos zu untersuchen: den Wäldern der Erde.
Wir haben radioaktive Signaturen analysiert, die in Baumringen auf der ganzen Welt hinterlassen wurden, um mysteriöse „Strahlungsstürme“ zu untersuchen, die in den letzten 10,000 Jahren ein halbes Dutzend Mal über die Erde hinweggefegt sind.
Unsere kürzlich veröffentlichten Ergebnisse in Proceedings der Royal Society A, schließen „Sonnen-Superflares“ als Übeltäter aus – aber die wahre Ursache bleibt unbekannt.
Eine Geschichte, geschrieben in Baumringen
Wenn hochenergetische Strahlung auf die obere Atmosphäre trifft, verwandelt sie Stickstoffatome in radioaktives Kohlenstoff-14 oder Radiokohlenstoff. Der Radiokohlenstoff filtert dann durch die Luft und die Ozeane, in Sedimente und Sümpfe, in Sie und mich, in Tiere und Pflanzen – einschließlich Laubhölzer mit ihren Jahresringen.
Für Archäologen ist Radiokohlenstoff ein Geschenk des Himmels. Nachdem es entstanden ist, zerfällt Kohlenstoff-14 langsam und stetig wieder in Stickstoff – was bedeutet, dass es als Uhr verwendet werden kann, um das Alter organischer Proben zu messen, in dem, was genannt wird Radiokohlenstoffdatierung.
Für Astronomen ist dies gleichermaßen wertvoll. Baumringe liefern Jahr für Jahr Aufzeichnungen über hochenergetische Teilchen, die als „kosmische Strahlung“ bezeichnet werden. Jahrtausende zurückgehen.
Die Magnetfelder der Erde und der Sonne schützen uns vor kosmischer Strahlung, die durch die Galaxie schießt. Mehr kosmische Strahlung erreicht die Erde, wenn diese Magnetfelder schwächer sind, und weniger, wenn die Felder stärker sind.
Dies bedeutet, dass der Anstieg und Abfall des Kohlenstoff-14-Gehalts in Baumringen eine Geschichte von verschlüsselt der 11-Jahres-Zyklus des Sonnendynamos (das das Magnetfeld der Sonne erzeugt) und die Umkehrungen von Erdmagnetfeld.
Miyake-Ereignisse
Aber Baumringe zeichnen auch Ereignisse auf, die wir derzeit nicht erklären können. 2012 der japanische Physiker Fusa Miyake entdeckte eine Spitze im Radiokohlenstoffgehalt von Baumringen von 774 n. Chr. Es war so groß, dass die kosmische Strahlung mehrerer gewöhnlicher Jahre auf einmal eingetroffen sein muss.
Als sich weitere Teams der Suche angeschlossen haben, wurden Baumringbeweise für weitere „Miyake-Ereignisse“ aufgedeckt: von 993 AD und 663 BC, und prähistorische Ereignisse in 5259 BC, 5410 BC und 7176 BC.
Diese haben bereits zu einer Revolution in der Archäologie geführt. Eine dieser kurzen, scharfen Spitzen in einer alten Probe finden legt sein Datum auf ein einziges Jahr fest, anstelle der jahrzehnte- oder jahrhundertelangen Ungewissheit der gewöhnlichen Radiokohlenstoffdatierung.
Unter anderem haben unsere Kollegen das 993 AD Event genutzt um das genaue Jahr zu enthüllen der ersten europäischen Siedlung in Amerika, dem Wikingerdorf L'Anse aux Meadows in Neufundland: 1021 n. Chr.
Könnte es wieder zu riesigen Strahlungsimpulsen kommen?
In Physik und Astronomie bleiben diese Miyake-Ereignisse ein Rätsel.
Wie bekommt man so einen riesigen Strahlungsimpuls? Eine Flut von Papieren hat Supernovae beschuldigt, Gammastrahlenexplosionen, Explosionen von magnetisierten NeutronensternenUnd sogar Kometen.
Allerdings ist die am weitesten verbreitete Erklärung ist, dass Miyake-Ereignisse „Sonnen-Superflares“ sind. Diese hypothetischen Ausbrüche der Sonne wären vielleicht 50- bis 100-mal energiereicher als die größten, die in der Neuzeit aufgezeichnet wurden Carrington-Veranstaltung von 1859.
Wenn heute ein solches Ereignis eintreten würde, würde es passieren verwüsten Stromnetze, Telekommunikation und Satelliten. Wenn diese zufällig auftreten, etwa einmal alle tausend Jahre, ist das eine Wahrscheinlichkeit von 1 Prozent pro Jahrzehnt – ein ernstes Risiko.
Verrauschte Daten
Unser Team von UQ machte sich daran, alle verfügbaren Baumringdaten zu sichten und die Intensität, den Zeitpunkt und die Dauer der Miyake-Ereignisse herauszuarbeiten.
Dazu mussten wir Software entwickeln, um a zu lösen Gleichungssystem dieses Modell, wie Radiokarbon durch das Ganze filtert globaler Kohlenstoffkreislauf, um herauszufinden, welcher Anteil in welchen Jahren in Bäumen landet, im Gegensatz zu den Ozeanen, Mooren oder dir und mir.
In Zusammenarbeit mit Archäologen haben wir gerade die erste reproduzierbare, systematische Studie veröffentlicht alle 98 Bäume veröffentlichter Daten auf Miyake-Events. Wir haben auch veröffentlicht Open-Source-Modellierungssoftware als Plattform für zukünftige Arbeiten.
Stürme von Sonneneruptionen
Unsere Ergebnisse bestätigen, dass jedes Ereignis auf einmal zwischen einem und vier gewöhnlichen Jahren Strahlung liefert. Frühere Forschung vorgeschlagene Bäume, die näher an den Polen der Erde liegen, verzeichneten einen größeren Anstieg – was wir erwarten würden, wenn solare Superflares dafür verantwortlich sind – aber unsere Arbeit, die sich mit einer größeren Stichprobe von Bäumen befasst, zeigt, dass dies nicht der Fall ist.
Wir fanden auch heraus, dass diese Ereignisse zu jedem Zeitpunkt im 11-jährigen Aktivitätszyklus der Sonne eintreten können. Sonneneruptionen hingegen eher passieren um der Höhepunkt des Zyklus.
Am rätselhaftesten ist, dass einige der Spitzen länger zu dauern scheinen, als durch das langsame Kriechen von neuem Radiokohlenstoff durch den Kohlenstoffkreislauf erklärt werden kann. Dies deutet darauf hin, dass entweder die Ereignisse manchmal länger als ein Jahr dauern können, was bei einer riesigen Sonneneruption nicht zu erwarten ist, oder dass die Wachstumsperioden der Bäume nicht so gleichmäßig sind wie bisher angenommen.
Für mein Geld ist die Sonne immer noch der wahrscheinlichste Übeltäter für Miyake-Ereignisse. Unsere Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass wir eher einen Sturm von Sonneneruptionen sehen als einen riesigen Superflare.
Um genau zu bestimmen, was bei diesen Ereignissen passiert, benötigen wir mehr Daten, um uns ein besseres Bild von den Ereignissen zu machen, von denen wir bereits wissen. Um diese Daten zu erhalten, benötigen wir mehr Baumringe – und auch andere Quellen wie z Eisbohrkerne aus der Arktis und Antarktis.
Das ist wirklich interdisziplinäre Wissenschaft. Normalerweise denke ich an schön saubere, präzise Teleskope: Es ist viel schwieriger, die komplexe, vernetzte Erde zu verstehen.
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
Bild-Kredit: NASA/SDO/AIA
