لا أحد على قيد الحياة اليوم شهد القوة الهائلة للشمس. لكن الناس القدماء شهدوا ذلك. في آخر 14,500 عام، كانت هناك عدة عواصف شمسية وSPEs قوية بما يكفي لإلحاق الضرر بالأشياء الحية وخلق الشفق القطبي في خطوط العرض المتوسطة، حتى عند خط الاستواء. فهم توقيت هذه الأحداث القديمة هو جزء أساسي من فهم الشمس.

تزداد الانفجارات القوية من الشمس تهديدًا مع توسيع وجودنا في الفضاء. يمكن أن تلحق الضرر بالأقمار الصناعية وتشكل تهديدًا إشعاعيًا لرواد الفضاء. حتى سطح الأرض ليس آمنًا من أقوى SPe التي يمكن أن تعطل البنية التحتية التكنولوجية مثل شبكات الطاقة وشبكات الاتصالات.

”

“إذا حدثت اليوم، فإن لها آثار كارثية على تكنولوجيا الاتصال.”

إيرينا بانيوشكينا، جامعة أريزونا

تبدو أقوى انفجارات الشمس أنها تحدث خلال الحد الأقصى الشمسي، وهي الفترة الأكثر نشاطًا خلال دورة الشمس التي تستمر 11 عامًا. لكن هناك بعض عدم اليقين، ونظرًا لأن الانفجارات الشمسية يمكن أن تكون ضارة جدًا، هناك حاجة لفهمها بشكل أفضل، بدءًا من توقيتها.

لم تترك سوى ستة انفجارات شمسية أثرها على الأرض خلال حوالي 14,500 سنة الماضية. يمكن أن تفتح السجلات التاريخية نافذة على توقيت الانفجارات الشمسية القديمة، لكنها تعاني من عدم الدقة والتناقضات. لحسن الحظ، تترك هذه الأحداث الطبيعية أثرًا في العالم الطبيعي.

تخلق هذه الانفجارات الشمسية ما يُسمى أحداث مياكي نسبةً إلى الفيزيائي الياباني فوسا مياكي. اكتشف مياكي أنها تخلق ارتفاعًا حادًا في النظائر الكونية بسبب زيادة الأشعة الكونية التي تضرب الغلاف الجوي العلوي للأرض. تخلق هذه الأحداث الكربون-14 (¹⁴C)، وهو نظير مشع موجود في حلقات الأشجار. كما تخلق الأحداث نظائر أخرى مثل البيريليوم-10 (¹⁰Be) والكلور-36 (³⁶Cl) التي توجد في نوى الجليد.

في بحث جديد نُشر في دورية نيتشر للاتصالات الأرضية والبيئة، حدد الباحثون توقيت آخر حدث للانفجار الشمسي يضرب الأرض. وعنوانه “توقيت حدث البروتون الشمسي 660 قبل الميلاد مقيد بين 664 و 663 قبل الميلاد.” المؤلفة الرئيسية هي إيرينا بانيوشكينا من مختبر أبحاث حلقات الأشجار بجامعة أريزونا.

لقد كانت هناك عدة أحداث مياكي اعتمادًا على كيفية تعريفها.

قالت بانيشكينا: “بفضل الكربون المشع في حلقات الأشجار، نعلم الآن أن ستة أحداث ميياكي حدثت على مدار الـ 14,500 سنة الماضية. إذا حدثت اليوم، فإنها ستؤدي إلى آثار كارثية على تكنولوجيا الاتصالات.”

يتكون الكربون-14 باستمرار في غلاف الأرض الجوي بسبب الإشعاع الكوني. في الغلاف الجوي، يتحد مع الأكسجين ليشكل CO². “بعد بضعة أشهر، سيكون الكربون-14 قد انتقل من الستراتوسفير إلى الغلاف الجوي السفلي، حيث يتم امتصاصه بواسطة الأشجار ويصبح جزءًا من الخشب أثناء نموها”، قالت المؤلفة الرئيسية بانيشكينا.

خلال حدث مياكي، تزداد كمية الكربون-14، وينعكس هذا الارتفاع في حلقات الأشجار. لقد حدثت عدة من هذه الأحداث، اعتمادًا على كيفية تعريفها، وهناك العديد من الأحداث الأخرى التي تنتظر تأكيدًا أكثر دقة. إن معدل حدوثها غير مفهوم بشكل جيد، لكن البيانات التي لدينا تظهر أنها تحدث كل 400 إلى 2400 سنة. حدث أحدها حوالي 660 قبل الميلاد، وهذا الحدث هو موضوع الكثير من الأبحاث.

<>

“إن تحديد موقع SPE بدقة في الوقت الحقيقي أمر بالغ الأهمية لتحديد معالم النشاط الشمسي والتنبؤات”، يكتب المؤلفون في بحثهم. “ومن الجدير بالذكر أن أحد أحداث SPE التي تم تأكيدها مؤخرًا لا يمتلك تاريخًا تقويميًا دقيقًا. وقد تم تأكيد أدلة متعددة من النظائر المشعة على حدث SPE متطرف (أو ME) يعود إلى حوالي 2610 قبل الميلاد (قبل 1950)، والذي يُشار إليه بشكل أكثر شيوعًا بحوالي 660 قبل الميلاد، من خلال سجلات ¹⁰BE عالية الدقة من ثلاثة نوى جليدية من غرينلاند في عام 2019.”

يختلف حدث ميياكي الذي وقع حوالي 660 عن الأحداث الأخرى. “ومع ذلك، فإن ME حوالي 660 قبل الميلاد له هيكل غير معتاد يختلف عن الزيادات السريعة القصيرة الأجل في إنتاج النظائر المشعة التي لوحظت في 774-775 الميلادية و993-994 الميلادية. إحدى التفسيرات المقترحة هي إمكانية حدوث SEPs متتالية على مدى ثلاث سنوات”، يوضح المؤلفون في بحثهم. إذا كانت أحداث ميياكي يمكن أن تحدث بتتابع سريع كهذا، فنحن بحاجة إلى معرفتها، لأسباب واضحة.

<>

في هذه الأبحاث الجديدة، قام الفريق بتحليل حلقات الأشجار لمحتوى ¹⁴C لتوليد تاريخ دقيق لحدث مياكي حوالي 660 قبل الميلاد. وقد ركزوا على أشجار الشوح في النظم البيئية القطبية الجبلية، واحدة في جبال ألتاي والأخرى في شبه جزيرة يامال. في هذه المناطق، تكون أشجار الشوح أكثر حساسية للتغيرات الجوية ولديها ذبذبات أوضح من 14C.

<>

فحصت بانيوشكينا وزملاؤها حلقات الأشجار من عينات قديمة، بما في ذلك الأشجار المدفونة في الطين والرواسب والأخشاب المستخرجة خلال الحفريات الأثرية وقاموا بقياس محتوى الكربون-14. بعد ذلك، قاموا بربط نتائجهم بأبحاث أخرى تتعلق بالبرليوم-10 الموجود في الصفائح الجليدية والأنهار الجليدية. يتم أيضًا إنتاج البرليوم-10 خلال أحداث مياكي. لا تمتصه الأشجار، ولكن يتم ترسيبه في الجليد.

قالت بانيوشكينا: “إذا أظهرت أنوية الجليد من القطب الشمالي والقطب الجنوبي ارتفاعًا في نظير البرليوم-10 لعام معين يتوافق مع زيادة الكربون المشع في حلقات الأشجار، فنحن نعلم أن هناك عاصفة شمسية”.

يبدو أن هذه طريقة مرتبة لتحديد تواريخ أحداث مياكي، ولكنها ليست سهلة. لقد عانى الباحثون في العثور على نمط. حلقات الأشجار محددة بوضوح بفصول النمو، ولكن نوى الجليد ليست كذلك. هناك أيضًا فترة تأخير بين إنشاء الكربون-14 في الغلاف الجوي ووجوده في الأشجار، وفي الجليد. تمتص الأشجار المختلفة الكربون في أوقات ومعدلات مختلفة، كما أنها تخزن وتعيد تدوير الكربون، مما يمكن أن يؤثر على كيفية عملها كمسجلات لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. تعني هذه التحديات وغيرها أن الاستنتاجات لا تظهر بوضوح من البيانات.

لكن هذا البحث لا يزال له قيمة، حتى لو لم يكن الحل السحري فيما يتعلق بالتنبؤ بهذه الأحداث الشمسية القوية. المشكلة المتعلقة بحدث 660 قبل الميلاد هي تعقيدها. يبدو أن لها عدة ارتفاعات وانخفاضات في فترة زمنية قصيرة، مما يشير إلى سلوك شمسي أكثر تعقيدًا من عاصفة ذات ارتفاع واحد بسيط.

<>

كتب المؤلفون: “لقد حددت بياناتنا الجديدة عن الكربون-14 مدة النبضتين، ودرجة الحجم الكبيرة، والتاريخ الدقيق لما وُصف سابقًا بأنه الحدث ‘حوالي 660 قبل الميلاد'”. “أظهرنا أن النبضات المزدوجة من الإشعاع الكوني خلال الفترة من 664 إلى 663 قبل الميلاد أنتجت نمطًا غير تقليدي من إنتاج نظائر الكربون المشع المسجلة في مواقع متعددة في شمال يوراسيا.”

“يظهر التأثير كارتفاع في تركيزات الكربون-14 لمدة تتراوح بين 2-3 سنوات يتبعه ذروة (أو هضبة) تستمر لمدة 2-3 سنوات قبل أن يتلاشى الإشارة”، يكتب المؤلفون. كان إنتاج الكربون-14 في عام 664 قبل الميلاد أكبر بمقدار 3.5 و 4.8 مرة من المتوسط لمدة 11 سنة.

ماذا يعني كل هذا؟

هناك الكثير من التعقيد. تمتص الأشجار المختلفة الكربون بطرق مختلفة، ويمتزج الستراتوسفير والتروبوسفير بطرق مختلفة في أوقات مختلفة، ويمكن أن تختلف مواسم النمو بشكل كبير. “أخيرًا، فإن النبض المزدوج لبداية ME في 664-663 قبل الميلاد والتراجع المطول للإشارة الناتجة عن الكربون-14 قد يدل على عدم اليقين المحتمل الذي يعقد استخدام هذه الإشارة لتأريخ الخشب الأثري والحوادث على مستوى السنة الواحدة”، يشرح الباحثون في خاتمة دراستهم.

<>

ومع ذلك، هناك شيء واحد واضح في جميع البيانات. لقد عصف الشمس بالأرض بأحداث شديدة من الجسيمات الشمسية في الماضي كانت أقوى بكثير من أي شيء في العصر الحديث. “يمكن أن تتكرر الأحداث الشديدة للبروتونات التي تكون أقوى بمئات أو آلاف المرات من تلك التي تم ملاحظتها بالأجهزة الحديثة على مدى مئات السنين”، كما كتب المؤلفون في خلاصة بحثهم.

في النهاية، يمكن أن تكشف حلقات الشجرة عن مدى قوة هذه العواصف الشمسية، لكنها ليست دقيقة عندما يتعلق الأمر بتحديد زمنها.

“تعطينا حلقات الأشجار فكرة عن حجم هذه العواصف الضخمة، لكننا لا نستطيع اكتشاف أي نوع من الأنماط، لذا من غير المحتمل أن نتمكن يومًا من التنبؤ بموعد حدوث مثل هذا الحدث،” قالت بانيشكينا. “ومع ذلك، نعتقد أن ورقتنا ستغير الطريقة التي نبحث وندرك بها إشارة ذروة الكربون-14 للأحداث القصوى من البروتونات الشمسية في حلقات الأشجار.”

<>