När jag letade efter planeter och studerade deras stjärnor, har jag haft förmånen att använda några av världens stora teleskop. Men vårt team har nyligen vänt sig till ett ännu större system för att studera kosmos: Jordens skogar.
Vi analyserade radioaktiva signaturer kvar i trädringar runt om i världen för att studera mystiska "strålningsstormar" som har svept över jorden ett halvdussin gånger under de senaste 10,000 XNUMX åren eller så.
Våra resultat, publicerade nyligen i Förlopp av Royal Society A, utesluta "solar superflares" som boven - men den verkliga orsaken är fortfarande okänd.
En historia skriven i trädringar
När högenergistrålning träffar den övre atmosfären förvandlas kväveatomer till radioaktivt kol-14 eller radiokol. Radiokolet filtreras sedan genom luften och haven, in i sediment och myrar, in i dig och mig, in i djur och växter – inklusive lövträd med sina årliga trädringar.
För arkeologer är radiokol en gudagåva. Efter att det har skapats sönderfaller kol-14 långsamt och stadigt tillbaka till kväve – vilket betyder att det kan användas som en klocka för att mäta åldern på organiska prover, i vad som kallas radiokarbon-datering.
För astronomer är detta lika värdefullt. Trädringar ger ett år för år rekord av högenergipartiklar som kallas "kosmiska strålar" tillbaka årtusenden.
Jordens och solens magnetfält skyddar oss från kosmiska strålar som skjuter genom galaxen. Fler kosmiska strålar når jorden när dessa magnetiska fält är svagare och färre när fälten är starkare.
Detta innebär att ökningen och minskningen av kol-14-nivåer i trädringar kodar för en historia av soldynamons 11-årscykel (som skapar solens magnetfält) och vändningarna av Jordens magnetfält.
Miyake-evenemang
Men trädringar registrerar också händelser som vi för närvarande inte kan förklara. År 2012, japanska fysikern Fusa Miyake upptäckte en spik i radiokolhalten i trädringar från 774 e.Kr. Den var så stor att flera vanliga år av kosmiska strålar måste ha kommit på en gång.
När fler team har anslutit sig till sökandet har trädringsbevis avslöjats för ytterligare "Miyake-händelser": från X och 663 BCoch förhistoriska händelser i 5259 BC, 5410 BCoch 7176 BC.
Dessa har redan lett till en revolution inom arkeologin. Att hitta en av dessa korta, vassa spikar i ett gammalt prov fastställer datumet till ett enda år, istället för decennier eller århundraden av osäkerhet från vanlig radiokoldatering.
Bland annat har våra kollegor använt evenemanget 993 AD för att avslöja det exakta året av den första europeiska bosättningen i Amerika, vikingabyn vid L'Anse aux Meadows i Newfoundland: 1021 e.Kr.
Kan enorma strålpulser hända igen?
Inom fysik och astronomi förblir dessa Miyake-händelser ett mysterium.
Hur får man en sådan enorm strålningspuls? En uppsjö av tidningar har skyllt på supernovor, gammastrålar, explosioner från magnetiserade neutronstjärnor, Och även kometer.
Emellertid den mest allmänt accepterad förklaring är att Miyake-händelser är "solar superflares." Dessa hypotetiska utbrott från solen skulle kanske vara 50-100 gånger mer energiska än de största som registrerats i modern tid, Carrington -evenemang av 1859.
Om en händelse som denna inträffade idag så skulle den göra det ödelägga elnät, telekommunikationer och satelliter. Om dessa inträffar slumpmässigt, ungefär en gång vart tusende år, är det en chans på 1 procent per decennium - en allvarlig risk.
Bullriga data
Vårt team på UQ satte sig för att sålla igenom all tillgänglig trädringdata och ta fram intensiteten, timingen och varaktigheten av Miyake-evenemang.
För att göra detta var vi tvungna att utveckla mjukvara för att lösa en ekvationssystem den modellen hur radiokol filtreras genom hela global koldioxidcykel, för att räkna ut vilken bråkdel som hamnar i träden under vilka år, till skillnad från haven, myrarna eller du och jag.
I samarbete med arkeologer har vi just släppt den första reproducerbara, systematiska studien av alla 98 träd med publicerade data på Miyake-evenemang. Vi har också släppt modellprogramvara med öppen källkod som en plattform för framtida arbete.
Stormar av solflammor
Våra resultat bekräftar att varje händelse ger mellan ett och fyra vanliga års strålning på en gång. Tidigare forskning föreslog att träd närmare jordens poler registrerade en större topp – vilket är vad vi skulle förvänta oss om solsuperflammor är ansvariga – men vårt arbete, som tittar på ett större urval av träd, visar att så inte är fallet.
Vi fann också att dessa händelser kan komma när som helst i solens 11-åriga aktivitetscykel. Solflammor å andra sidan, tenderar att hända runt toppen av cykeln.
Mest förbryllande, ett par av spikarna verkar ta längre tid än vad som kan förklaras av det långsamma krypandet av nytt radiokol genom kolcykeln. Detta tyder på att antingen kan händelserna ibland ta längre tid än ett år, vilket inte förväntas för ett gigantiskt solfloss, eller så är trädens växtsäsonger inte så jämna som man tidigare trott.
För mina pengar är solen fortfarande den mest troliga boven till Miyake-evenemang. Våra resultat tyder dock på att vi ser något mer som en storm av solflammor snarare än en enorm superflare.
För att fastställa exakt vad som händer i dessa händelser kommer vi att behöva mer data för att ge oss en bättre bild av de händelser vi redan känner till. För att få fram dessa data kommer vi att behöva fler trädringar — och även andra källor som t.ex iskärnor från Arktis och Antarktis.
Detta är verkligen tvärvetenskaplig vetenskap. Normalt tänker jag på vackert rena, exakta teleskop: det är mycket svårare att förstå den komplexa, sammankopplade jorden.
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
Image Credit: NASA/SDO/AIA
