Un team internazionale di ricercatori guidati dall'ETH di Zurigo ha ricostruito l'attività solare fino all'anno 969 utilizzando misurazioni del carbonio radioattivo negli anelli degli alberi. Questi risultati aiutano gli scienziati a comprendere meglio la dinamica del sole e consentono una datazione più precisa dei materiali organici utilizzando il metodo C14.

Ciò che accade al sole può essere osservato solo indirettamente. macchie solari, ad esempio, rivelano il grado di attività solare:più macchie solari sono visibili sulla superficie del sole, il più attivo è la nostra stella centrale nel profondo. Anche se le macchie solari sono note fin dall'antichità, sono stati documentati in dettaglio solo dall'invenzione del telescopio circa 400 anni fa. Grazie a ciò, ora sappiamo che il numero di macchie varia in cicli regolari di undici anni e che, Inoltre, ci sono periodi di lunga durata di forte e debole attività solare, che si riflette anche nel clima sulla Terra.

Però, Finora è stato difficile ricostruire come l'attività solare si sia sviluppata prima dell'inizio delle registrazioni sistematiche. Un team di ricerca internazionale guidato da Hans-Arno Synal e Lukas Wacker del Laboratory of Ion Beam Physics dell'ETH, che comprendeva l'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare di Göttingen e l'Università di Lund in Svezia, ha ora fatto risalire il ciclo di undici anni del sole fino all'anno 969 utilizzando misurazioni della concentrazione di carbonio radioattivo negli anelli degli alberi. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno così creato un importante database per una determinazione dell'età più precisa utilizzando il metodo C14. I loro risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Geoscienze naturali .

Attività solare dagli anelli degli alberi

Per ricostruire l'attività solare nel corso di un millennio con una risoluzione temporale estremamente buona di un solo anno, i ricercatori hanno utilizzato archivi di anelli degli alberi provenienti da Inghilterra e Svizzera. In quegli anelli degli alberi, la cui età può essere determinata con precisione contando gli anelli, c'è una piccola frazione di carbonio radioattivo C14, con solo uno ogni 1000 miliardi di atomi radioattivi. Dall'emivita nota dell'isotopo C14 - circa 5700 anni - si può quindi dedurre la concentrazione di carbonio radioattivo presente nell'atmosfera quando si è formato l'anello di crescita. Poiché il carbonio radioattivo è prodotto principalmente da particelle cosmiche, che a loro volta sono tenuti lontani dalla Terra in misura maggiore o minore dal campo magnetico del sole - più attivo il sole, meglio protegge la Terra:è possibile dedurre l'attività solare da un cambiamento nella concentrazione di C14 nell'atmosfera.

Risultati migliori grazie alle moderne tecniche di rilevamento

Misure precise di un cambiamento in quella concentrazione già molto piccola, però, assomigliano alla ricerca di un granello di polvere su un ago in un enorme pagliaio. "Le uniche misurazioni di questo tipo sono state fatte negli anni '80 e '90, "dice Lukas Wacker, "ma solo negli ultimi 400 anni e utilizzando il metodo di conteggio estremamente laborioso". In quel metodo, gli eventi di decadimento radioattivo di C14 in un campione vengono contati direttamente utilizzando un contatore Geiger, che richiede una quantità relativamente grande di materiale e, a causa della lunga emivita del C14, ancora più tempo. "Utilizzando la moderna spettrometria di massa con acceleratore siamo stati ora in grado di misurare la concentrazione di C14 entro lo 0,1 percento in poche ore con campioni di anelli degli alberi che erano mille volte più piccoli, " aggiunge il dottorando Nicolas Brehm, chi era responsabile di quelle analisi.

Nella spettrometria di massa con acceleratore, atomi C14 e C12 (i "normali, " carbonio non radioattivo; C14, al contrario, contiene due ulteriori neutroni nel suo nucleo) del materiale dell'albero vengono prima caricati elettricamente e poi accelerati da un potenziale elettrico di diverse migliaia di volt, dopo di che vengono inviati attraverso un campo magnetico. In quel campo magnetico i due isotopi di carbonio, che hanno masse diverse, sono deviati a gradi diversi e possono quindi essere contati separatamente. Per ottenere eventualmente le informazioni desiderate sull'attività solare da quei dati grezzi, i ricercatori devono eseguire alcune complesse analisi statistiche su di esso ed elaborare ulteriormente i risultati utilizzando modelli informatici.

Ciclo regolare di undici anni per un millennio

Questa procedura ha permesso ai ricercatori di ricostruire senza soluzione di continuità l'attività solare dal 969 al 1933. Da quella ricostruzione hanno potuto confermare la regolarità del ciclo di undici anni e il fatto che l'ampiezza di quel ciclo (di quanto l'attività solare sale e down) è anche più piccolo durante i minimi solari di lunga durata. Tali intuizioni sono importanti per una migliore comprensione delle dinamiche interne del sole. I risultati della misurazione hanno anche permesso di confermare l'evento protonico energetico solare del 993. In tal caso, i protoni altamente accelerati che raggiungono la Terra durante un brillamento solare causano una leggera sovrapproduzione di C14. Inoltre, il team di ricerca ha anche trovato prove di altri due, eventi ancora sconosciuti nel 1052 e nel 1279. Ciò potrebbe indicare che tali eventi, che possono disturbare gravemente i circuiti elettronici sulla Terra e nei satelliti, accadono più frequentemente di quanto si pensasse in precedenza.

Datazione più precisa con il metodo C14

Poiché gli archivi degli anelli degli alberi esistono da 14'000 anni, nel prossimo futuro i ricercatori vogliono utilizzare il loro metodo per determinare le concentrazioni annuali di C14 fino alla fine dell'ultima era glaciale. Come una sorta di "extra, " i dati del nuovo studio possono essere utilizzati per datare il materiale organico in modo molto più preciso utilizzando il metodo C14 e sono già stati inclusi nell'ultima edizione delle curve di calibrazione del radiocarbonio riconosciute a livello internazionale (IntCal). "ETH non era stato coinvolto in quella database di riferimento prima, "dice Lukas Wacker, "ma con i nostri nuovi risultati ora abbiamo contribuito con un terzo delle misurazioni in una volta sola".