Når jeg leter etter planeter og studerer stjernene deres, har jeg hatt det privilegium å bruke noen av verdens store teleskoper. Imidlertid har teamet vårt nylig vendt seg til et enda større system for å studere kosmos: Jordens skoger.
Vi analyserte radioaktive signaturer som er igjen i treringer rundt om i verden for å studere mystiske "strålingsstormer" som har skylt over jorden et halvt dusin ganger i løpet av de siste 10,000 XNUMX årene eller så.
Resultatene våre, publisert nylig i Det kongelige samfunns handlinger A, utelukke "solar superflares" som den skyldige - men den sanne årsaken er fortsatt ukjent.
En historie skrevet i treringer
Når høyenergistråling treffer den øvre atmosfæren, omdanner den nitrogenatomer til radioaktivt karbon-14, eller radiokarbon. Radiokarbonet filtreres deretter gjennom luften og havet, inn i sedimenter og myrer, inn i deg og meg, inn i dyr og planter – inkludert løvtre med sine årlige treringer.
For arkeologer er radiokarbon en gave fra Gud. Etter at det er opprettet, forfaller karbon-14 sakte og jevnt tilbake til nitrogen – noe som betyr at det kan brukes som en klokke for å måle alderen på organiske prøver, i det som kalles radiokarbon datering.
For astronomer er dette like verdifullt. Treringer gir år for år rekord av høyenergipartikler kalt "kosmiske stråler" årtusener tilbake.
Jordens og solens magnetfelt beskytter oss mot kosmiske stråler som skyter gjennom galaksen. Flere kosmiske stråler når jorden når disse magnetfeltene er svakere, og færre når feltene er sterkere.
Dette betyr at økningen og fallet av karbon-14-nivåer i treringer koder for en historie om den 11-årige syklusen til soldynamoen (som skaper solens magnetfelt) og reverseringer av Jordens magnetfelt.
Miyake-arrangementer
Men treringer registrerer også hendelser vi ikke kan forklare for øyeblikket. I 2012, japansk fysiker Fusa Miyake oppdaget en pigg i radiokarboninnholdet i treringer fra 774 e.Kr. Den var så stor at flere vanlige år med kosmiske stråler må ha kommet på en gang.
Etter hvert som flere lag har sluttet seg til søket, har treringbevis blitt avdekket for ytterligere "Miyake-hendelser": fra 993 AD og 663 BC, og forhistoriske hendelser i 5259 BC, 5410 BCog 7176 BC.
Disse har allerede ført til en revolusjon innen arkeologi. Å finne en av disse korte, skarpe piggene i en eldgammel prøve fester datoen til ett år, i stedet for tiårene eller århundrene med usikkerhet fra vanlig radiokarbondatering.
Våre kolleger har blant annet brukt arrangementet 993 AD for å avsløre det nøyaktige året av den første europeiske bosetningen i Amerika, vikinglandsbyen ved L’Anse aux Meadows i Newfoundland: 1021 e.Kr.
Kan store strålingspulser skje igjen?
I fysikk og astronomi forblir disse Miyake-hendelsene et mysterium.
Hvordan får du en så stor strålingspuls? En byge av papirer har lagt skylden på supernovaer, gammastråle, eksplosjoner fra magnetiserte nøytronstjerner, Og selv kometer.
Imidlertid mest akseptert forklaring er at Miyake-hendelser er "solar superflares." Disse hypotetiske utbruddene fra solen ville kanskje være 50-100 ganger mer energiske enn de største registrert i moderne tid, Carrington -arrangement av 1859.
Hvis en hendelse som dette skjedde i dag, ville den gjort det ødelegge strømnett, telekommunikasjon og satellitter. Hvis disse skjer tilfeldig, rundt en gang hvert tusende år, er det en sjanse på 1 prosent per tiår - en alvorlig risiko.
Støyende data
Teamet vårt på UQ satte seg fore å sile gjennom alle tilgjengelige treringdata og trekke ut intensiteten, timingen og varigheten av Miyake-arrangementer.
For å gjøre dette måtte vi utvikle programvare for å løse en ligningssystem den modellen hvordan radiokarbon filtreres gjennom hele global karbonsyklus, for å finne ut hvilken brøkdel som havner i trærne i hvilke år, i motsetning til havet, myrene eller deg og meg.
I samarbeid med arkeologer har vi nettopp sluppet den første reproduserbare, systematiske studien av alle 98 trær med publiserte data på Miyake-arrangementer. Vi har også sluppet programvare for åpen kildekode som en plattform for fremtidig arbeid.
Stormer av solflammer
Resultatene våre bekrefter at hver hendelse leverer mellom ett og fire vanlige års stråling på én gang. Tidligere forskning antydet at trær nærmere jordens poler registrerte en større topp – som er det vi ville forvente hvis solsuperbluss er ansvarlig – men arbeidet vårt, som ser på et større utvalg av trær, viser at dette ikke er tilfelle.
Vi fant også ut at disse hendelsene kan komme når som helst i solens 11-årige aktivitetssyklus. Solflammer derimot, pleier å skje rundt toppen av syklusen.
Mest forvirrende, et par av toppene ser ut til å ta lengre tid enn det som kan forklares med den sakte krypingen av nytt radiokarbon gjennom karbonsyklusen. Dette antyder at enten hendelsene noen ganger kan ta lengre tid enn et år, noe som ikke er forventet for et gigantisk solutbrudd, eller at vekstsesongene til trærne ikke er så jevne som tidligere antatt.
For pengene mine er solen fortsatt den mest sannsynlige synderen for Miyake-arrangementer. Resultatene våre antyder imidlertid at vi ser noe mer som en storm av solflammer i stedet for en enorm superbluss.
For å finne ut nøyaktig hva som skjer i disse hendelsene, trenger vi mer data for å gi oss et bedre bilde av hendelsene vi allerede vet om. For å få tak i disse dataene trenger vi flere treringer – og også andre kilder som f.eks iskjerner fra Arktis og Antarktis.
Dette er virkelig tverrfaglig vitenskap. Normalt tenker jeg på vakkert rene, presise teleskoper: det er mye vanskeligere å forstå den komplekse, sammenkoblede jorden.
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
Bilde Credit: NASA/SDO/AIA
