Khi tìm kiếm các hành tinh và nghiên cứu các ngôi sao của chúng, tôi đã có đặc ân sử dụng một số kính thiên văn lớn trên thế giới. Tuy nhiên, nhóm của chúng tôi gần đây đã chuyển sang một hệ thống thậm chí còn lớn hơn để nghiên cứu vũ trụ: Rừng trên Trái đất.
Chúng tôi đã phân tích các dấu hiệu phóng xạ để lại trong các vòng cây trên khắp thế giới để nghiên cứu những “cơn bão bức xạ” bí ẩn đã càn quét Trái đất nửa tá lần trong khoảng 10,000 năm qua.
Kết quả của chúng tôi, được công bố gần đây trong Kỷ yếu của Hội Hoàng gia A, loại trừ "siêu ngọn lửa mặt trời" là thủ phạm—nhưng nguyên nhân thực sự vẫn chưa được biết.
Một lịch sử được viết bằng các vòng cây
Khi bức xạ năng lượng cao chiếu vào tầng khí quyển phía trên, nó biến các nguyên tử nitơ thành carbon phóng xạ-14, hay carbon phóng xạ. Sau đó, carbon phóng xạ lọc qua không khí và đại dương, thành trầm tích và đầm lầy, thành bạn và tôi, thành động vật và thực vật — bao gồm cả gỗ cứng với các vòng cây hàng năm của chúng.
Đối với các nhà khảo cổ học, carbon phóng xạ là một món quà trời cho. Sau khi được tạo ra, carbon-14 phân rã chậm và đều đặn trở lại thành nitơ—có nghĩa là nó có thể được sử dụng như một chiếc đồng hồ để đo tuổi của các mẫu hữu cơ, được gọi là niên đại cacbon phóng xạ.
Đối với các nhà thiên văn học, điều này cũng có giá trị như nhau. Vòng cây cung cấp kỷ lục hàng năm về các hạt năng lượng cao được gọi là “tia vũ trụ” quay trở lại hàng thiên niên kỷ.
Từ trường của Trái đất và mặt trời che chắn chúng ta khỏi các tia vũ trụ bắn xuyên qua thiên hà. Nhiều tia vũ trụ đến Trái đất hơn khi các từ trường này yếu hơn và ít hơn khi các từ trường mạnh hơn.
Điều này có nghĩa là sự tăng giảm của mức carbon-14 trong các vòng cây mã hóa một lịch sử chu kỳ 11 năm của máy phát điện mặt trời (tạo ra từ trường của mặt trời) và sự đảo ngược của Từ trường của trái đất.
Sự kiện Miyake
Nhưng các vòng cây cũng ghi lại các sự kiện mà hiện tại chúng ta không thể giải thích được. Năm 2012, nhà vật lý Nhật Bản Fusa Miyake phát hiện ra một mũi nhọn trong hàm lượng carbon phóng xạ của các vòng cây từ năm 774 sau Công nguyên. Nó lớn đến mức các tia vũ trụ có giá trị bằng vài năm bình thường phải đến cùng một lúc.
Khi nhiều đội tham gia tìm kiếm hơn, bằng chứng vòng cây đã được phát hiện về các "sự kiện Miyake" tiếp theo: từ 993 AD và 663 BCvà các sự kiện thời tiền sử trong 5259 BC, 5410 BCvà 7176 BC.
Những điều này đã dẫn đến một cuộc cách mạng trong ngành khảo cổ học. Tìm thấy một trong những chiếc gai nhọn, ngắn này trong một mẫu cổ ghim ngày của nó xuống một năm, thay vì hàng thập kỷ hoặc thế kỷ không chắc chắn từ việc xác định niên đại bằng carbon phóng xạ thông thường.
Trong số những thứ khác, các đồng nghiệp của chúng tôi đã sử dụng sự kiện năm 993 sau Công nguyên để tiết lộ chính xác năm của khu định cư châu Âu đầu tiên ở châu Mỹ, làng Viking tại L'Anse aux Meadows ở Newfoundland: 1021 sau Công nguyên.
Xung bức xạ khổng lồ có thể xảy ra lần nữa?
Trong vật lý và thiên văn học, những sự kiện Miyake này vẫn còn là một bí ẩn.
Làm thế nào để bạn có được một xung bức xạ lớn như vậy? Một loạt các bài báo đã đổ lỗi cho siêu tân tinh, vụ nổ tia gamma, vụ nổ từ các sao neutron bị từ hóa, Và thậm chí sao chổi.
Tuy nhiên, giải thích được chấp nhận rộng rãi nhất là các sự kiện Miyake là "siêu lửa mặt trời." Những vụ phun trào giả thuyết này từ Mặt trời có lẽ sẽ mạnh gấp 50-100 lần so với vụ phun trào lớn nhất được ghi nhận trong kỷ nguyên hiện đại, Sự kiện Carrington của 1859.
Nếu một sự kiện như thế này xảy ra ngày hôm nay, nó sẽ tàn phá lưới điện, viễn thông và vệ tinh. Nếu những điều này xảy ra ngẫu nhiên, khoảng một nghìn năm một lần, thì đó là cơ hội 1 phần trăm mỗi thập kỷ—một rủi ro nghiêm trọng.
Dữ liệu ồn ào
Nhóm của chúng tôi tại UQ bắt đầu sàng lọc tất cả dữ liệu về vòng cây có sẵn và rút ra cường độ, thời gian và thời lượng của các sự kiện Miyake.
Để làm điều này, chúng tôi đã phải phát triển phần mềm để giải quyết một hệ phương trình mô hình đó cách cácbon vô tuyến lọc qua toàn bộ chu trình carbon toàn cầu, để tìm ra phần nào kết thúc trên cây vào những năm nào, trái ngược với đại dương, đầm lầy, hoặc bạn và tôi.
Làm việc với các nhà khảo cổ học, chúng tôi vừa công bố nghiên cứu có hệ thống, có thể tái tạo đầu tiên về tất cả 98 cây dữ liệu đã công bố về các sự kiện Miyake. Chúng tôi cũng đã phát hành phần mềm mô hình mã nguồn mở như một nền tảng cho công việc trong tương lai.
Bão lửa mặt trời
Kết quả của chúng tôi xác nhận mỗi sự kiện mang lại bức xạ trị giá từ một đến bốn năm bình thường trong một lần. Nghiên cứu trước đó những cây gần các cực của Trái đất được đề xuất ghi nhận mức tăng đột biến lớn hơn - đó là điều chúng ta mong đợi nếu siêu sao mặt trời là nguyên nhân - nhưng công việc của chúng tôi, xem xét một mẫu cây lớn hơn, cho thấy điều này không đúng.
Chúng tôi cũng nhận thấy những sự kiện này có thể đến bất kỳ thời điểm nào trong chu kỳ hoạt động 11 năm của Mặt trời. Mặt khác, các ngọn lửa mặt trời, có xu hướng xảy ra xung quanh đỉnh của chu kỳ.
Điều khó hiểu nhất, một số gai dường như mất nhiều thời gian hơn mức có thể được giải thích bằng sự di chuyển chậm của carbon phóng xạ mới qua chu trình carbon. Điều này cho thấy rằng hoặc các sự kiện đôi khi có thể kéo dài hơn một năm, điều không được mong đợi đối với một vết lóa mặt trời khổng lồ, hoặc mùa sinh trưởng của cây cối không đồng đều như suy nghĩ trước đây.
Đối với tiền bạc của tôi, mặt trời vẫn là thủ phạm có khả năng gây ra các sự kiện Miyake nhất. Tuy nhiên, kết quả của chúng tôi cho thấy chúng ta đang nhìn thấy một cái gì đó giống như một cơn bão pháo sáng mặt trời hơn là một siêu bùng nổ khổng lồ.
Để xác định chính xác điều gì xảy ra trong các sự kiện này, chúng tôi sẽ cần thêm dữ liệu để cung cấp cho chúng tôi bức tranh toàn cảnh hơn về các sự kiện mà chúng tôi đã biết. Để có được dữ liệu này, chúng tôi sẽ cần nhiều vòng cây hơn—và cả những nguồn khác như lõi băng từ Bắc Cực và Nam Cực.
Đây thực sự là khoa học liên ngành. Thông thường, tôi nghĩ về những chiếc kính viễn vọng chính xác, sạch đẹp: khó hiểu được Trái đất phức tạp, liên kết với nhau.
Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.
Ảnh: NASA/SDO/AIA
