Solaktivitet rekonstrueret i løbet af et årtusinde

Et internationalt team af forskere under ledelse af ETH Zürich har rekonstrueret solaktivitet tilbage til år 969 ved hjælp af målinger af radioaktivt kul i træringe. Disse resultater hjælper videnskabsmænd til bedre at forstå solens dynamik og tillade mere præcis datering af organiske materialer ved hjælp af C14-metoden.

Hvad der foregår i solen kan kun observeres indirekte. Solpletter, for eksempel, afsløre graden af ​​solaktivitet - jo flere solpletter er synlige på solens overflade, jo mere aktiv er vores centrale stjerne dybt inde. Selvom solpletter har været kendt siden antikken, de er kun blevet dokumenteret i detaljer siden opfindelsen af ​​teleskopet for omkring 400 år siden. Takket være det, vi ved nu, at antallet af pletter varierer i regelmæssige elleve-årige cyklusser, og at, i øvrigt, der er langvarige perioder med stærk og svag solaktivitet, hvilket også afspejles i klimaet på Jorden.

Imidlertid, hvordan solaktiviteten udviklede sig før starten på systematiske registreringer, har hidtil været svært at rekonstruere. Et internationalt forskerhold ledet af Hans-Arno Synal og Lukas Wacker fra Laboratory of Ion Beam Physics ved ETH, som omfattede Max Planck Institute for Solar System Research i Göttingen og Lunds Universitet i Sverige, har nu sporet solens elleveårige cyklus helt frem til år 969 ved hjælp af målinger af koncentrationen af ​​radioaktivt kulstof i træringe. På samme tid, forskerne har således skabt en vigtig database til mere præcis aldersbestemmelse ved hjælp af C14 -metoden. Deres resultater blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Natur Geovidenskab .

Solaktivitet fra træringe

At rekonstruere solaktivitet i løbet af et årtusinde med en ekstremt god tidsopløsning på kun et år, forskerne brugte træringarkiver fra England og Schweiz. I de træringe, hvis alder kan bestemmes præcist ved at tælle ringene, der er en lille del af radioaktivt kulstof C14, hvor kun én ud af hver 1000 milliarder atomer er radioaktive. Ud fra den kendte halveringstid af C14-isotopen - omkring 5700 år - kan man så udlede koncentrationen af ​​radioaktivt kulstof til stede i atmosfæren, da vækstringen blev dannet. Da radioaktivt kul hovedsageligt produceres af kosmiske partikler, som igen holdes væk fra Jorden i større eller mindre grad af solens magnetfelt - jo mere aktiv solen er, jo bedre beskytter det Jorden – det er muligt at udlede solaktivitet fra en ændring i koncentrationen af ​​C14 i atmosfæren.

Bedre resultater gennem moderne detektionsteknikker

Præcise målinger af en ændring i den allerede meget lille koncentration, imidlertid, ligne søgen efter et støvkorn på en nål i en kæmpe høstak. "De eneste målinger af den slags blev lavet i 80'erne og 90'erne, "siger Lukas Wacker, "men kun i de sidste 400 år og ved hjælp af den ekstremt besværlige tællemetode." I den metode radioaktive henfaldshændelser for C14 i en prøve tælles direkte ved hjælp af en Geiger -tæller, som kræver en relativt stor mængde materiale og, på grund af den lange halveringstid af C14, endnu mere tid. "Ved brug af moderne acceleratormassespektrometri var vi nu i stand til at måle C14-koncentrationen til inden for 0,1 procent på blot et par timer med træringprøver, der var tusind gange mindre, " tilføjer ph.d.-studerende Nicolas Brehm, hvem der var ansvarlig for disse analyser.

Ved acceleratormassespektrometri, C14- og C12-atomer (de "normale, "ikke-radioaktivt kulstof; C14, derimod, indeholder to yderligere neutroner i sin kerne) af træmaterialet først lades elektrisk og derefter accelereres med et elektrisk potentiale på flere tusinde volt, hvorefter de sendes gennem et magnetfelt. I det magnetiske felt de to kulstofisotoper, som har forskellige masser, afbøjes i forskellig grad og kan således tælles separat. For til sidst at få de ønskede oplysninger om solaktivitet fra disse rådata, forskerne skal udføre en indviklet statistisk analyse af det og yderligere behandle resultaterne ved hjælp af computermodeller.

Regelmæssig elleve-årig cyklus over et årtusinde

Denne procedure gjorde forskerne i stand til problemfrit at rekonstruere solaktiviteten fra 969 til 1933. Fra den rekonstruktion kunne de bekræfte regelmæssigheden af ​​den elleve-årige cyklus såvel som det faktum, at amplituden af ​​den cyklus (med hvor meget solaktiviteten stiger og ned) er også mindre under langvarige solminima. Sådanne indsigter er vigtige for en bedre forståelse af solens indre dynamik. Måleresultaterne tillod også en bekræftelse af den solenergiske protonhændelse på 993. I en sådan hændelse, stærkt accelererede protoner, der når Jorden under et soludbrud, forårsager en let overproduktion af C14. I øvrigt, forskergruppen fandt også bevis for to yderligere, endnu ukendte begivenheder i 1052 og 1279. Dette kan indikere, at sådanne hændelser - som kan forstyrre elektroniske kredsløb på jorden og i satellitter - sker hyppigere end tidligere antaget.

Mere præcis datering efter C14-metoden

Da der har eksisteret træringarkiver i de sidste 14.000 år, i den nærmeste fremtid vil forskerne bruge deres metode til at bestemme de årlige C14 -koncentrationer helt tilbage til slutningen af ​​den sidste istid. Som en slags "ekstra, " dataene i den nye undersøgelse kan bruges til at datere organisk materiale meget mere præcist ved hjælp af C14-metoden og er allerede blevet inkluderet i den seneste udgave af de internationalt anerkendte radiocarbon kalibreringskurver (IntCal). "ETH havde ikke været involveret i det referencedatabase før, "siger Lukas Wacker, "men med vores nye resultater har vi nu bidraget med en tredjedel af målingerne på én gang."