Ett internationellt team av forskare under ledning av ETH Zürich har rekonstruerat solaktivitet tillbaka till år 969 med hjälp av mätningar av radioaktivt kol i trädringar. Dessa resultat hjälper forskare att bättre förstå solens dynamik och tillåta mer exakt datering av organiskt material med C14-metoden.

Vad som händer i solen kan bara observeras indirekt. Solfläckar, till exempel, avslöjar graden av solaktivitet - ju fler solfläckar är synliga på solens yta, desto mer aktiv är vår centrala stjärna innerst inne. Även om solfläckar har varit kända sedan antiken, de har bara dokumenterats i detalj sedan teleskopets uppfinning för cirka 400 år sedan. Tack vare det, vi vet nu att antalet fläckar varierar i vanliga elvaårscykler och att, dessutom, det finns långvariga perioder med stark och svag solaktivitet, vilket också återspeglas i klimatet på jorden.

Dock, hur solaktiviteten utvecklades före starten av systematiska registreringar har hittills varit svårt att rekonstruera. En internationell forskargrupp ledd av Hans-Arno Synal och Lukas Wacker från Laboratory of Ion Beam Physics vid ETH, som inkluderade Max Planck-institutet för solsystemforskning i Göttingen och Lunds universitet i Sverige, har nu spårat solens elvaårscykel ända till år 969 med hjälp av mätningar av koncentrationen av radioaktivt kol i trädringar. På samma gång, forskarna har därmed skapat en viktig databas för mer exakt åldersbestämning med C14 -metoden. Deras resultat publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Naturgeovetenskap .

Solaktivitet från trädringar

Att rekonstruera solaktiviteten under ett årtusende med en extremt bra tidsupplösning på bara ett år, forskarna använde trädringarkiv från England och Schweiz. I dessa trädringar, vars ålder kan bestämmas exakt genom att räkna ringarna, det finns en liten del av radioaktivt kol C14, med endast en av 1000 miljarder atomer som är radioaktiva. Från den kända halveringstiden för C14-isotopen – omkring 5700 år – kan man sedan härleda koncentrationen av radioaktivt kol som fanns i atmosfären när tillväxtringen bildades. Eftersom radioaktivt kol huvudsakligen produceras av kosmiska partiklar, som i sin tur hålls borta från jorden i större eller mindre utsträckning av solens magnetfält - ju mer aktiv solen är, ju bättre det skyddar jorden – det är möjligt att härleda solaktivitet från en förändring i koncentrationen av C14 i atmosfären.

Bättre resultat genom modern detektionsteknik

Exakta mätningar av en förändring i den redan mycket lilla koncentrationen, dock, likna sökandet efter ett dammkorn på en nål i en enorm höstack. "De enda mätningarna av det slaget gjordes på 80- och 90 -talet, säger Lukas Wacker, "men bara under de senaste 400 åren och med den extremt mödosamma räknemetoden." I den metoden, radioaktiva sönderfallshändelser för C14 i ett prov räknas direkt med en Geiger -räknare, som kräver en relativt stor mängd material och, på grund av den långa halveringstiden för C14, ännu mer tid. "Med hjälp av modern accelerator-masspektrometri kunde vi nu mäta C14-koncentrationen till inom 0,1 procent på bara några timmar med trädringprover som var tusen gånger mindre, ", tillägger doktorand Nicolas Brehm, vem som ansvarade för dessa analyser.

I acceleratormasspektrometri, C14- och C12-atomer (de "normala, "icke-radioaktivt kol; C14, däremot innehåller ytterligare två neutroner i sin kärna) av trädmaterialet laddas först elektriskt och accelereras sedan med en elektrisk potential på flera tusen volt, varefter de skickas genom ett magnetfält. I det magnetfältet de två kolisotoperna, som har olika massor, avböjs i olika grader och kan därmed räknas separat. För att så småningom få önskad information om solaktivitet från dessa rådata, forskarna måste utföra en invecklad statistisk analys av det och vidare bearbeta resultaten med hjälp av datormodeller.

Regelbunden elvaårscykel under ett millennium

Denna procedur gjorde det möjligt för forskarna att sömlöst rekonstruera solaktiviteten från 969 till 1933. Från den rekonstruktionen kunde de bekräfta regelbundenhet i elvaårscykeln såväl som det faktum att amplituden för den cykeln (med hur mycket solaktiviteten ökar och ned) är också mindre under långvariga solminima. Sådana insikter är viktiga för en bättre förståelse av solens interna dynamik. Mätresultaten möjliggjorde också en bekräftelse av den solenergiska protonhändelsen av 993. I en sådan händelse, högaccelererade protoner som når jorden under en solfloss orsakar en lätt överproduktion av C14. Dessutom, forskargruppen hittade också bevis för ytterligare två, ännu okända händelser under 1052 och 1279. Detta kan tyda på att sådana händelser – som allvarligt kan störa elektroniska kretsar på jorden och i satelliter – inträffar oftare än man tidigare trott.

Mer exakt datering med C14-metoden

Eftersom trädringarkiv har funnits under de senaste 14 000 åren, inom en snar framtid vill forskarna använda sin metod för att bestämma de årliga C14-koncentrationerna ända tillbaka till slutet av den senaste istiden. Som ett slags "extra, "uppgifterna i den nya studien kan användas för att datera organiskt material mycket mer exakt med hjälp av C14 -metoden och har redan inkluderats i den senaste upplagan av de internationellt erkända radiokolibreringskurvorna (IntCal)." ETH hade inte varit inblandat i det referensdatabas innan, säger Lukas Wacker, "men med våra nya resultat har vi nu bidragit med en tredjedel av mätningarna på en gång."