Мощная солнечная вспышка оставила радиоактивный след в гренландском льду

Ученые обнаружили свидетельства исключительно сильной вспышки, которая произошла на Солнце около 660 года до нашей эры, и в результате которой Земля столкнулась с потоком высокоэнергетических частиц. Реакции данных частиц с атомами в атмосфере привели к появлению нестабильных радиоактивных ядер, которые ученые обнаружили в слоях гренландского льда. Анализ показал, что данное событие было примерно на порядок мощнее, чем любое непосредственно зафиксированное человеческим оборудованием, и сравнимо с самым мощным из известных, произошедшем в 774–775 году нашей эры. Результаты представлены в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Время от времени на Солнце происходят явления, сопровождающиеся попаданием заряженных частиц в межпланетное пространство, то есть рождением солнечных космических лучей. Эти частицы могут быть ускорены либо непосредственно у звезды при пересоединении магнитных силовых линий во время вспышки, либо дальше от светила при взаимодействии с ударными волнами в плазме, оказавшейся в космосе вследствие коронального выброса массы. Затем потоки частицы движутся вдоль линий магнитного поля и могут попасть на Землю, в случае чего говорят о наблюдении всплеска солнечных космических лучей, при котором интенсивность потока может вырастать в десятки раз по сравнению с фоновым значением галактических космических лучей.

Солнечные космические лучи в основном состоят из протонов, но в них также встречаются и более тяжелые ядра: дейтерий, тритий, различные изотопы углерода, кислорода, неона и даже никель. Ядерные реакции с участием частиц космических лучей приводят к появлению редких не Земле изотопов, в том числе углерода-14, бериллия-10 и хлора-36. Значительные потоки солнечных космических лучей представляют угрозу как для аппаратуры спутников и здоровью космонавтов на орбите планеты, так и для наземной инфраструктуры, так как планетарного магнитного поля недостаточно для отклонения частиц с высокой энергией. В результате может быть нарушена работа навигационных систем и спутниковой передачи данных, а также затруднены полеты воздушных судов.

Ученые регистрируют все подобные события лишь на протяжении последних 70 лет, однако до появления современной науки и измерительной техники на Солнце происходили намного более мощные вспышки и выбросы частиц. В частности, такие события можно определить по концентрации углерода-14 в годичных кольцах наиболее старых деревьев. Таким образом удалось оценить интенсивность двух наиболее сильных всплесков активности звезды, которые произошли 1245 и 1025 лет назад.

В 2017 году ученые обнаружили резкие повышения концентрации углерода-14 в годичных кольцах деревьев около 2680 лет назад, однако подобная особенность может быть следствием разных событий, в том числе близкой сверхновой или гамма-всплеска. Раймунд Мушелер (Raimund Muscheler) из Лундского университета и его коллеги решили изучить ледяные керны соответствующего возраста из Грендандии и обнаружили в них повышенные содержания изотопов бериллия-10 и хлора-36 — радиоактивных изотопов с периодами полураспада в сотни тысяч лет. Полученные данные подтверждает гипотезу о связи всплеска концентрации с солнечным протонным событием. Оценочная интенсивность данного события превышает в 10 раз всплеск 1956 года — самый значительный из зарегистрированных научной аппаратурой.

Теперь ученые обладают данными о трех подтвержденных экстремальных солнечных протонных событиях за последние 2700 лет. Однако имеющиеся данные не позволяют сделать надежных оценок частоты подобных событий, которые «представляют угрозу современному обществу», пишут авторы в статье. «Я считаю, что статистическая основа для оценок частоты встречаемости очень слабая, — комментирует Мушелер. — Мы знаем о трех подобных событиях: в 660 году до нашей эры и 775 нашей эры, а также несколько более слабом в 993 году нашей эры — но было бы крайне спекулятивно утверждать, что они происходят раз в тысячу лет. Нам понадобится больше данных в высоком временном разрешении об углероде-14, бериллие-10 и хлоре-36 для уверенных оценок».

Пики концентрации углерода-14 в древесных кольцах около 775 и 993 годов нашей эры относятся к так называемым событиям Мияке по имени первого автора статьи, в которой о них впервые сообщалось. Мы публиковали поднобный текст о том, как такие особенности позволяют сличать радиоуглеродную шкалу датировки с дендрохронологической (на основе годичных колец деревьев) и уточнять методы определения возраста образцов.

Тимур Кешелава