Bí mật 1.000 năm hoạt động của Mặt trời ẩn giấu trong các cây trên Trái đất

Nhưng những chu kỳ với quy mô thời gian dài hơn thì sao? Làm sao các nhà khoa học có thể hiểu được chúng?

Thực ra Mặt trời đã để lại một số manh mối ẩn trong các vòng cây ngay trên Trái đất của chúng ta.

Khoảng 400 năm trước, các nhà thiên văn học bắt đầu quan sát Mặt trời bằng kính thiên văn mới được phát minh của họ. Họ nhận thấy các vết đen đến và đi, sau đó bắt đầu ghi lại sự xuất hiện và tiêu tan của chúng. Nhưng họ không biết nó đã biểu thị điều gì.

Sau này các nhà khoa học mới biết rằng những quan sát đó đã cung cấp rất nhiều thông tin về hoạt động của Mặt trời.

Bản thân chu kỳ Schwabe 11 năm là một phần của những chu kỳ thậm chí khá dài. Một nhóm các nhà khoa học muốn tái tạo lại chu trình Schwabe quay ngược thời gian hơn 400 năm để hiểu cách tất cả chúng ăn khớp với nhau. Để làm như vậy, họ phải khám phá ra những manh mối do Mặt trời để lại bên trong những cái cây trên Trái đất. Những manh mối đó ở dạng hạt nhân phóng xạ do tia vũ trụ tạo ra.

Nhóm các nhà nghiên cứu do Hans-Arno Synal và Lukas Wacker thuộc Phòng thí nghiệm Vật lý chùm tia ion tại ETH Zurich dẫn đầu đã lần theo chu kỳ Schwabe từ năm 969 sau Công Nguyên bằng cách đo nồng độ carbon phóng xạ trong các vành cây.

Điều tuyệt vời về cây cối là chúng phát triển theo chu kỳ hàng năm. Vì vậy, mỗi năm khi chúng phát triển một vòng khác, đó là ảnh chụp nhanh về sản lượng của Mặt trời trong năm đó. Ghép tất cả các vòng đó lại với nhau sẽ cho ta một bức tranh chính xác về hoạt động của Mặt trời. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã xem xét các kho lưu trữ vòng cây từ Anh và Thụy Sĩ.

Mỗi vòng chứa một lượng carbon phóng xạ cực nhỏ chỉ bằng một nguyên tử Carbon 14 trên 1000 tỷ nguyên tử. Vì các nhà khoa học biết rằng chu kỳ bán rã của C14 là khoảng 5700 năm nên họ có thể tính được nồng độ của các nguyên tử C14 trong khí quyển khi mỗi vòng lớn lên.

Carbon phóng xạ trong các vành cây không chỉ đến từ Mặt trời, nó còn có thể là các tia vũ trụ đến Trái đất từ bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta. Nhưng từ trường của Mặt trời giúp giữ cho các tia vũ trụ đó không đến được Trái đất. Từ trường của Mặt trời càng mạnh, thì càng ít đồng vị C14 đến Trái đất được sử dụng bởi sự phát triển của cây cối. Vì vậy, lượng C14 thấp hơn trong các vành cây tương quan với thời gian hoạt động của Mặt trời nhiều hơn.

Thực tế, việc đo lượng đồng vị C14 cực nhỏ này trong các vành cây không phải là điều dễ dàng, và cũng không phát hiện ra sự khác biệt giữa các năm.

"Các phép đo duy nhất thuộc loại đó được thực hiện vào những năm 80 và 90, nhưng chỉ trong 400 năm qua và sử dụng phương pháp đếm cực kỳ tốn công sức", Lukas Wacker cho biết.

Phương pháp đếm sử dụng máy đếm Geiger để đo sự kiện phân rã của mỗi đồng vị. Phương pháp đó tốn nhiều nguyên liệu và nhiều thời gian.

Nhóm nghiên cứu đã đưa ra một phương pháp khác được gọi là khối phổ gia tốc. Loại phép đo phổ này được phát triển vào giữa thế kỷ XX và đặc biệt hữu ích trong việc phát hiện các đồng vị phóng xạ có tuổi thọ cao như C14.

Nhà nghiên cứu Nicolas Brehm cho biết: "Sử dụng khối phổ gia tốc hiện đại, chúng tôi có thể đo nồng độ C14 đến 0,1% chỉ trong vài giờ với các mẫu vòng cây nhỏ hơn một nghìn lần".

Các mẫu vòng cây chứa hai loại carbon. Cùng với đồng vị phóng xạ C14 là C12, đồng vị phổ biến nhất trong hai loại đồng vị carbon ổn định.

Kết quả là nhóm các nhà khoa học đã có thể tái tạo lại hồ sơ hoạt động của Mặt trời từ năm 969 đến năm 1933. Việc tái tạo của họ đã xác nhận chu kỳ Schwabe 11 năm của Mặt trời từ năm 969 sau Công Nguyên.

Nó cũng chỉ ra rằng biên độ của chu kỳ đó hoặc mức độ hoạt động lên xuống của Mặt trời, nhỏ hơn trong thời gian cực tiểu của Mặt trời kéo dài.

Sự tái tạo của họ cũng xác nhận một điều khác. Trong năm 993, có một sự kiện rõ ràng là proton Mặt trời tạo ra đỉnh C14 trong khí quyển. Những sự kiện này xảy ra khi các proton do Mặt trời phát ra được tăng tốc đủ để xuyên qua từ trường của Trái đất và gây ra sự ion hóa trong khí quyển. Có nhiều tranh luận xung quanh sự kiện 993, nhưng công trình này khẳng định sự tồn tại của nó.

Trên thực tế, kết quả còn đi xa hơn xác nhận sự kiện vào năm 993. Các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy bằng chứng về hai sự kiện proton nữa: một vào năm 1052 và một vào năm 1279. Đây là lần đầu tiên những sự kiện đó được phát hiện và nó có thể cho thấy rằng chúng xảy ra thường xuyên hơn suy nghĩ. Điều này rất thú vị vì những sự kiện này có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị điện tử trên Trái đất và vệ tinh.

Trái đất có một số cây sống rất lâu. Một trong số đó là cây thông ở California có tên Methuselah, được cho là khoảng 5.000 năm tuổi. Nhưng đối với nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra các loại gỗ cổ được sử dụng trong các tòa nhà vẫn còn đứng vững như Nhà thờ Tu viện St Alban, St Albans, Hertfordshire, Vương quốc Anh.

Việc xây dựng nó có từ thế kỷ XI. Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra 13 loại gỗ khác nhau từ 11 tòa nhà khác nhau ở Anh và Thụy Sĩ để xác nhận.

Các nhà nghiên cứu hi vọng sẽ sử dụng phương pháp mới để đo nồng độ C14 trong gỗ, điều này sẽ giúp họ tái tạo hoạt động Mặt trời quay ngược trở lại cuối Kỷ Băng hà cuối cùng.