Ricostruita una tempesta solare medievale utilizzando gli anelli di accrescimento degli alberi e osservazioni celesti risalenti a secoli fa

Alcune di queste eruzioni producono eventi di protoni solari (SPE), durante i quali particelle cariche si dirigono verso la Terra a velocità che raggiungono il 90% della velocità della luce. Nel 1972, diversi SPE si verificarono tra le missioni lunari Apollo 16 e Apollo 17. Se gli astronauti fossero stati esposti durante una missione lunare, avrebbero potuto essere esposti a livelli di radiazioni letali. Mentre le agenzie spaziali si preparano per le future esplorazioni lunari, gli scienziati stanno lavorando per comprendere meglio questi imprevedibili eventi solari.

I ricercatori dell’Istituto di Scienza e Tecnologia di Okinawa (OIST) hanno sviluppato un nuovo metodo per individuare prove di eventi di protoni solari (SPE) passati. Il team ha combinato documenti storici medievali con misurazioni ultra precise del carbonio-14 effettuate su alberi di asunaro sepolti nel Giappone settentrionale. Utilizzando questo metodo, hanno identificato un evento di protoni solari che si è probabilmente verificato tra l’inverno del 1200 d.C. e la primavera del 1201 d.C., un periodo caratterizzato da un’attività solare insolitamente intensa. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Proceedings of the Japan Academy, Series B.

La professoressa Hiroko Miyahara dell’Unità Ambiente Solare-Terrestre e Clima dell’OIST ha spiegato: “Gli studi precedenti sugli SPE storici si sono concentrati su eventi rari ed estremamente potenti. Il nostro articolo fornisce una base per rilevare gli SPE sub-estremi, ovvero eventi che si verificano con maggiore frequenza e hanno un’intensità pari al 10-30% di quella dei casi più estremi, ma che sono comunque pericolosi. Gli SPE sub-estremi sono più difficili da rilevare, ma il nostro metodo ci permette ora di identificarli in modo efficiente e di comprendere meglio le condizioni in cui è più probabile che si verifichino.”

Gli alberi secolari conservano indizi sulle tempeste solari

Il campo magnetico terrestre blocca la maggior parte delle particelle ad alta energia rilasciate durante gli eventi SPE. Vicino ai poli, tuttavia, le linee del campo magnetico si aprono nello spazio, permettendo ad alcune particelle di entrare nell’atmosfera. Durante eventi particolarmente intensi, queste particelle collidono con i gas atmosferici e creano composti di carbonio-14 che si diffondono in tutto il mondo e rimangono intrappolati all’interno degli organismi viventi.

Analizzando i livelli di carbonio-14 in materiale organico conservato, come antichi alberi sepolti, gli scienziati possono tracciare i cambiamenti nell’attività solare risalenti a migliaia di anni fa. Il team dell’OIST ha utilizzato una tecnica di misurazione ultra precisa, perfezionata in oltre un decennio. Questo metodo è in grado di rilevare fluttuazioni di carbonio-14 molto più piccole rispetto alle tecniche convenzionali, rendendo possibile identificare eventi di protoni solari “sub-estremi” più deboli, precedentemente invisibili.

Poiché l’analisi del carbonio-14 richiede tempi estremamente lunghi, i ricercatori avevano innanzitutto bisogno di indizi su quando si fosse verificata un’attività solare insolita.

Un diario giapponese medievale rivelava “luci rosse” nel cielo.

Uno degli indizi chiave proviene dal Meigetsuki, il diario del poeta e cortigiano giapponese Fujiwara no Teika (1162-1241). Nel febbraio del 1204 d.C., egli descrisse di aver visto “luci rosse nel cielo settentrionale sopra Kyoto”.

Gli eventi di protoni solari non creano direttamente le aurore boreali, ma sono spesso collegati agli stessi tipi di perturbazioni solari che le generano. Questa osservazione storica ha fornito ai ricercatori un arco temporale per indagare più a fondo.

Gli scienziati hanno quindi misurato i livelli di carbonio-14 nel legno di asunaro sepolto e recuperato nella prefettura di Aomori, nel Giappone settentrionale. Hanno scoperto dei picchi di carbonio-14 che indicavano un evento di protoni solari sub-estremo. Combinando queste misurazioni con studi dendroclimatici – ovvero un metodo di datazione basato sul confronto dei modelli di crescita degli anelli degli alberi associati al clima regionale – i ricercatori hanno determinato che l’evento si è probabilmente verificato tra l’inverno del 1200 d.C. e la primavera del 1201 d.C. Anche documenti storici provenienti dalla Cina descrivono un’aurora boreale rossa visibile a latitudini insolitamente basse durante quello stesso periodo.

Prove di un Sole eccezionalmente attivo

“I dati ad alta precisione non solo ci hanno permesso di datare con accuratezza gli eventi di protoni solari sub-estremi, ma ci consentono anche di ricostruire chiaramente i cicli solari del periodo”, ha affermato Miyahara. “Oggi, l’attività del Sole fluttua in cicli di undici anni, ma abbiamo scoperto che all’epoca il ciclo durava solo sette o otto anni, il che indica un Sole molto attivo. L’evento di protoni solari che abbiamo datato si è verificato al culmine di uno di questi cicli.”

La ricerca contribuisce a colmare importanti lacune nella storia dell’attività solare e migliora la comprensione da parte degli scienziati dei pericolosi eventi meteorologici spaziali. Secondo Miyahara, la sola analisi del carbonio-14 non è sufficiente. Anche i dati storici e altri metodi scientifici sono essenziali per ricostruire il comportamento passato del Sole.

“La letteratura storica fornisce un intervallo temporale plausibile, e la dendroclimatologia consente un confronto diretto tra gli eventi di meteo spaziale estremo (SPE) rilevati e le segnalazioni di macchie solari e aurore registrate in letteratura. Approcci integrati come questi sono necessari per ricostruire con precisione l’attività solare passata, aiutandoci a comprendere meglio le caratteristiche delle condizioni meteorologiche spaziali estreme”, ha concluso Miyahara. “Ad esempio, mentre gli SPE che abbiamo trovato si sono verificati in prossimità del picco del ciclo solare, alcune delle aurore prolungate a bassa latitudine registrate in letteratura sembrano coincidere con il minimo del nostro ciclo solare ricostruito. Questo è inaspettato e siamo entusiasti di approfondire le condizioni solari che potrebbero aver causato questo fenomeno.”