A forte atividade solar pode criar auroras deslumbrantes na Terra, mas fora da proteção do campo magnético do nosso planeta, o Sol pode tornar-se extremamente perigoso. Erupções violentas, como explosões solares e ejeções de massa coronal, podem lançar partículas de alta energia através do espaço, representando sérios riscos para os astronautas e as naves espaciais.
Algumas dessas erupções produzem eventos de prótons solares (SPEs), durante os quais partículas carregadas correm em direção à Terra a 90% da velocidade da luz. Em 1972, vários SPEs explodiram entre as missões Apollo 16 e Apollo 17 Moon. Se os astronautas tivessem sido expostos durante missões lunares, poderiam ter sido expostos a níveis letais de radiação. À medida que as agências espaciais se preparam para a futura exploração lunar, os cientistas trabalham para compreender melhor estes fenómenos solares inesperados.
Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) desenvolveram agora uma nova maneira de descobrir evidências de SPEs anteriores. A equipe combinou registros históricos medievais com medições altamente precisas de carbono 14 obtidas em árvores asunaro enterradas no norte do Japão. Usando este método, eles identificaram um evento de prótons solares que provavelmente ocorreu entre o inverno de 1200 dC e a primavera de 1201 dC, um período caracterizado por atividade solar invulgarmente intensa. Os resultados são publicados Anais da Academia do Japão, Série B.
O professor Hiroko Miyahara da Unidade Solar-Terrestre Ambiental e Climática da OIST explicou:”Pesquisas anteriores sobre SPEs históricos se concentraram em eventos raros e extremamente fortes. Nosso artigo fornece uma base para detectar SPEs subextremos – eventos que ocorrem com mais frequência e são cerca de 10-30%, mas os eventos de maior tamanho são cerca de 10-30%. Detectar SPEs é mais desafiador, mas nossa abordagem agora nos permite identificar com eficiência e compreender melhor as condições sob as quais eles estão mais provável de ocorrer.”
Árvores antigas preservam pistas sobre tempestades solares
O campo magnético da Terra bloqueia partículas de alta energia emitidas durante os SPEs. Perto dos pólos, contudo, as linhas do campo magnético abrem-se para o espaço, permitindo que algumas partículas entrem na atmosfera. Durante eventos particularmente fortes, estas partículas colidem com gases atmosféricos e criam compostos de carbono 14 que se espalham por todo o mundo e ficam presos dentro de organismos vivos.
Ao analisar os níveis de carbono 14 em material orgânico preservado, como antigas árvores enterradas, os cientistas podem acompanhar as mudanças na atividade solar ao longo de milhares de anos. A equipe do OIST usou uma técnica de medição muito precisa que aprimorou ao longo de uma década. Este método pode detectar flutuações de carbono 14 muito menores do que as técnicas convencionais, tornando possível detectar eventos fracos de prótons solares na “subatmosfera” que antes eram invisíveis.
Como a análise do carbono 14 é extremamente demorada, os investigadores primeiro precisaram de pistas sobre quando poderia ter ocorrido atividade solar incomum.
Diários medievais japoneses revelaram “luzes vermelhas” no céu
Uma fonte original vem de Meigetsuki, o diário do poeta e cortesão japonês Fujiwara no Teika (1162–1241). Em fevereiro de 1204 dC, ele descreveu ter visto uma “luz vermelha no céu do norte de Kyoto”.
Os eventos de prótons solares não produzem auroras diretamente, mas estão frequentemente associados a distúrbios solares semelhantes. Essa observação histórica deu aos pesquisadores um prazo para investigar mais de perto.
Os cientistas então mediram os níveis de carbono 14 em madeira de asunaro enterrada recuperada na província de Aomori, no norte do Japão. Eles descobriram um pico no carbono 14 que aponta para um evento subextremo de prótons solares. Ao combinar essas medições com estudos dendroclimáticos – isto é, um método de datação baseado na comparação de padrões de crescimento de anéis de árvores ligados ao clima regional – os investigadores determinaram que o evento provavelmente ocorreu entre o inverno de 1200 dC e a primavera de 1201 dC. Os registros históricos na China descrevem uma aurora vermelha visível em latitudes excepcionalmente baixas ao mesmo tempo.
Evidência de um Sol excepcionalmente ativo
“Os dados de alta precisão não só nos permitem datar com precisão eventos subextremos de prótons solares, mas também nos permitem reconstruir claramente o ciclo solar ao longo do tempo”, disse Miyahara. “Hoje, a atividade do Sol flutua ao longo de ciclos de onze anos, mas descobrimos que o ciclo durava apenas sete a oito anos, indicando um Sol muito ativo. O SPE que datamos ocorreu no pico de um destes ciclos.”
A pesquisa ajuda a preencher lacunas importantes na história da atividade solar e melhora a compreensão dos cientistas sobre fenômenos climáticos espaciais perigosos. Segundo Miyahara, a análise do carbono 14 por si só não é suficiente. Os registros históricos e outros métodos científicos também são essenciais para reconstruir o comportamento solar passado.
“A literatura histórica fornece uma janela de tempo candidata, e a dendroclimatologia permite a intercomparação direta entre SPEs detectados e relatórios de manchas solares e auroras registrados na literatura. Essa abordagem integrada é necessária para reconstruir com precisão a atividade solar passada, o que nos ajuda a entender melhor as características do clima espacial extremo, “concluiu Miyahara. “Por exemplo, embora as SPE que encontrámos tenham ocorrido perto dos picos do ciclo solar, algumas das auroras prolongadas de baixa latitude documentadas na literatura parecem aproximar-se do mínimo do nosso ciclo solar reconstruído. Isto é inesperado e estamos interessados em ver mais sobre as condições solares que podem estar a causar isso.”
