Il Sole, per la maggior parte del tempo, si comporta in modo relativamente educato, ma in alcune occasioni manifesta un comportamento piuttosto ribelle. A volte, emette esplosioni di energia estremamente intensa. Durante questi eventi, una flare solare o un’onda d’urto derivante da un’espulsione di massa coronale (CME) accelera i protoni a velocità molto elevate. Questi fenomeni sono noti come Eventi di Particelle Solari o Eventi di Protonico Solare (SPE).
Tuttavia, determinare il momento esatto di questi eventi può risultare complesso. Nuove ricerche hanno identificato la data di uno degli SPE più potenti ad aver colpito la Terra durante l’Olocene.
Nessuno dei viventi oggi ha assistito al potere estremo del Sole. Tuttavia, le popolazioni antiche hanno fatto esperienza diretta di tale potenza. Negli ultimi 14.500 anni, ci sono stati numerosi tempeste solari e SPE così intensi da danneggiare la vita e generare aurore a latitudini medie, anche all’equatore. Comprendere la tempistica di questi eventi antichi è fondamentale per comprendere il Sole.
Le esplosioni potenti del Sole rappresentano una minaccia sempre più significativa mentre espandiamo la nostra presenza nello spazio. Possono danneggiare i satelliti e costituire una minaccia di radiazioni per gli astronauti. Anche la superficie terrestre non è immune dagli SPE più potenti, che possono compromettere le infrastrutture tecnologiche come reti elettriche e sistemi di comunicazione.
“Se si verificassero oggi, avrebbero effetti catastrofici sulla tecnologia di comunicazione”. – Università dell’Arizona
Gli eventi più potenti del Sole tendono a verificarsi durante il massimo solare, il periodo di maggiore attività nel ciclo di 11 anni del Sole. Tuttavia, ci sono delle incertezze e, poiché gli SPE possono essere incredibilmente dannosi, è necessario comprenderli meglio, a partire dalla loro tempistica.
Negli ultimi 14.500 anni, solo sei SPE hanno lasciato un segno sulla Terra. Le cronache storiche possono fornire indicazioni sulla tempistica degli SPE antichi, ma spesso presentano imprecisioni e incoerenze. Fortunatamente, questi eventi naturali lasciano tracce nel mondo naturale.
Queste esplosioni solari generano quelli che sono noti come Eventi Miyake, in onore del fisico giapponese Fusa Miyake. Miyake ha scoperto che creano un aumento brusco degli isotopi cosmogenici a causa dell’incremento dei raggi cosmici che colpiscono l’alta atmosfera terrestre. Tali eventi producono carbonio-14 (14C), un isotopo radioattivo presente negli anelli degli alberi, oltre ad altri isotopi come Berillio-10 (10Be) e Cloro-36 (36Cl) rinvenibili nei carotaggi di ghiaccio.
In una nuova ricerca pubblicata in Nature Communications Earth and Environment, i ricercatori hanno identificato il momento in cui si è verificato l’ultimo SPE a colpire la Terra. L’articolo è intitolato “La tempistica dell’evento di protoni solari Miyake ca. 660 a.C. limitato tra il 664 e il 663 a.C..”
Ci sono stati diversi eventi Miyake a seconda di come vengono definiti.
“Grazie al radiocarbonio negli anelli degli alberi, ora sappiamo che sei eventi Miyake si sono verificati negli ultimi 14.500 anni” – affermano i ricercatori. “Se si verificassero oggi, avrebbero effetti catastrofici sulla tecnologia di comunicazione.”
Il carbonio-14 si forma continuamente nell’atmosfera terrestre a causa della radiazione cosmica. Nell’atmosfera, si combina con l’ossigeno per formare CO2. “Dopo alcuni mesi, il carbonio-14 avrà viaggiato dalla stratosfera all’atmosfera inferiore, dove viene assorbito dagli alberi e diventa parte del legno mentre crescono”, spiegano i ricercatori.
Durante un evento Miyake, la quantità di carbonio-14 aumenta bruscamente, e questo picco si riflette negli anelli degli alberi. Ci sono stati diversi di questi eventi, a seconda di come vengono definiti, e molti attendono conferma più rigorosa. Il tasso di occorrenza non è ben compreso, ma i dati suggeriscono che si verificano ogni 400-2400 anni. Uno di essi si è verificato attorno al 660 a.C., e tale evento è oggetto di molte ricerche.
“La precisa posizione di uno SPE in tempo reale è estremamente importante per la parametrazione dell’attività solare e le previsioni”, scrivono gli autori nella loro ricerca. “In particolare, uno degli eventi SPE recentemente confermati non ha una data di calendario esatta. Diversi indizi radionuclide di un evento SPE estremo (o ME) risalente a ca. 2610 BP (prima del 1950), comunemente indicato come ca. 660 a.C., è stato confermato con registrazioni ad alta risoluzione di 10Be di tre carotaggi di ghiaccio della Groenlandia nel 2019.”
L’evento Miyake circa 660 a.C. risulta diverso dagli altri. “Tuttavia, il ME ca. 660 a.C. ha una struttura insolita, che si distingue dagli aumenti rapidi a breve termine nella produzione di radionuclidi osservati nel 774–775 d.C. e nel 993–994 d.C. Una spiegazione proposta è la possibile successione di SEP consecutive per un massimo di tre anni,” spiegano gli autori nella loro ricerca. Se gli eventi Miyake possono verificarsi in successione così rapida, è fondamentale saperne di più, per motivi ovvi.
In questa nuova ricerca, il team ha analizzato gli anelli degli alberi per il contenuto di 14C al fine di generare una data accurata per l’evento Miyake ca. 660 a.C. Hanno focalizzato l’attenzione sugli alberi di larice in biome artico-alpino, uno localizzato nei Monti Altai e l’altro nella Pianura di Yamal. In queste regioni, gli alberi di larice sono più sensibili ai cambiamenti atmosferici e presentano picchi di 14C più evidenti.
Questa figura della ricerca illustra alcuni dei risultati ottenuti sull’evento Miyake ca. 660 a.C. a) mostra le variazioni delle concentrazioni di carbonio-14 misurate negli anelli degli alberi, e b) mostra le posizioni dei campioni. Credito Immagine: Panyushkina et al. 2024.
I ricercatori hanno esaminato anelli di alberi provenienti da campioni antichi, inclusi alberi sepolti nel fango e sedimenti e travi scavate durante scavi archeologici, e hanno misurato il contenuto di carbonio-14. Successivamente, hanno correlato i loro risultati con altre ricerche sul Berillio-10 trovato nei ghiacciai e nei ghiacci. Il Berillio-10 si crea anch’esso durante gli eventi Miyake; non viene assorbito dagli alberi, ma viene depositato nel ghiaccio.
“Se i carotaggi di ghiaccio sia dal Polo Nord che dal Polo Sud mostrano un picco nell’isotopo berillio-10 per un anno particolare corrispondente ad un aumento del radiocarbonio negli anelli degli alberi, sappiamo che c’è stata una tempesta solare”, affermano i ricercatori.
Questo sembra un modo piuttosto sistematizzato per determinare le date degli eventi Miyake, ma non è così semplice. I ricercatori hanno faticato a trovare un pattern. Gli anelli degli alberi sono chiaramente segnati dalle stagioni di crescita, ma i carotaggi di ghiaccio no. Esiste anche un intervallo di tempo tra la creazione di carbonio-14 nell’atmosfera e la sua presenza negli alberi e nel ghiaccio. Diversi alberi assorbono anche il carbonio a tempi e tassi diversi, e accumulano e riciclano il carbonio, il che può influenzare come essi fungono da registratori del CO2 atmosferico. Queste e altre sfide rendono difficile trarre conclusioni dai dati.
Tuttavia, questa ricerca ha comunque valore, anche se non è la soluzione definitiva per prevedere questi potenti eventi solari. La questione legata all’evento del 660 a.C. è la sua complessità. Sembrerebbe avere diversi picchi e fluttuazioni in un breve periodo, suggerendo un comportamento solare più complesso rispetto a una semplice tempesta a picco singolo.
“I nostri nuovi dati sul 14C hanno definito la durata in due picchi, una magnitudine considerevole e la data precisa di quello che era in precedenza descritto come l’evento ‘intorno al 660 a.C.’” dicono gli autori. “Abbiamo dimostrato che il doppio picco di radiazione cosmica durante 664-663 a.C. ha prodotto un modello non tipico di produzione di isotopi cosmogenici ME registrato in più luoghi nell’Eurasia settentrionale.”
Questa figura dello studio illustra alcune delle complessità che rendono difficile fissare la data esatta dell’evento Miyake circa 660 a.C. Diversi tipi di alberi in diverse località mostrano picchi differenti nel carbonio-14. PDF sta per funzione di distribuzione della probabilità. Credito Immagine: Panyushkina et al. 2024.
“L’impatto appare come un aumento delle concentrazioni di carbonio-14 di 2-3 anni seguito da un picco (o plateau) di 2-3 anni prima che il segnale decada,” scrivono gli autori. La produzione di carbonio-14 nel 664 a.C. è stata 3,5 e 4,8 volte superiore alla media degli 11 anni.
Cosa significa tutto ciò?
Ci sono molte complessità. Diversi alberi assorbono il carbonio in modo diverso, la stratosfera e la troposfera si mescolano in modi differenti a seconda del momento, e le stagioni di crescita possono variare notevolmente. “Infine, il doppio impulso dell’ inizio del ME di 664-663 a.C. e il prolungato indebolimento del segnale di picco di 14C implica possibili incertezze che complicano l’uso di questo segnale di picco per la datazione annuale dei legni archeologici e delle occorrenze,” spiegano i ricercatori nella loro conclusione.
Tuttavia, una cosa è chiara in tutti i dati. Il Sole ha bombardato la Terra con SPE estremi in passato, molto più potenti di qualsiasi cosa osservata nei tempi moderni. “Eventi protonici estremi che sono centinaia o migliaia di volte più forti di quelli delle osservazioni strumentali moderne potrebbero ripetersi nel corso di centinaia di anni” avvertono gli autori.
In definitiva, gli anelli degli alberi possono fornire indicazioni sulla potenza di queste tempeste solari, ma non sono precisi quando si tratta di datarle.
“Gli anelli degli alberi ci offrono un’idea della magnitudo di queste tempeste enormi, ma non possiamo rilevare alcun tipo di modello, quindi è improbabile che saremo mai in grado di prevedere quando si verificherà un tale evento”, affermano i ricercatori. “Tuttavia, crediamo che il nostro studio trasformerà il modo in cui ricerchiamo e comprendiamo il segnale di picco di carbonio-14 degli eventi solari estremi negli anelli degli alberi.”