در دی ۱۲۳۷، همان سالی که داروین «درباره منشأ گونه ها» را منتشر کرد، سیستم های تلگراف در سراسر اروپا و آمریکای شمالی از کار افتادند و شروع به جرقه زدن کردند که در برخی موارد منجر به آتش سوزی شد.
چند ساعت قبل، محققان اولین شعله خورشیدی تایید شده را مشاهده کرده بودند – انفجار شدید تشعشع ساطع شده از خورشید. این یک هشدار بود که قرار بود چیزی بزرگ به سیاره ما برخورد کند.
بیشتر آسمان های شمالی و جنوبی با شفق های درخشان (نورهای شمالی و جنوبی) روشن شده اند که نشان می دهد طوفان خورشیدی عظیمی در راه است.
این طوفان که بعدها رویداد کارینگتون نام گرفت، یکی از قوی‌ترین طوفان‌های تاریخ مستند بود. با این حال، در مقاله‌ای اخیر در نیچر، نشان داده‌ایم که در گذشته‌ای نه چندان دور، زمین توسط طوفان‌های خورشیدی بسیار شدیدتر ضربه خورده است.
شواهد این طوفان‌ها به‌ویژه از تجزیه و تحلیل سطوح کربن رادیواکتیو – معروف به کربن رادیواکتیو یا کربن ۱۴ – در حلقه‌های درختان به دست آمده است.
طوفان های خورشیدی باعث ایجاد اختلال در سپر مغناطیسی زمین یا مگنتوسفر می شوند. یکی از راه‌های متداول ایجاد آنها، پرتاب‌های جرم تاجی است – ریزش ذرات باردار از خورشید – که راه خود را به زمین باز می‌کنند و به مگنتوسفر نفوذ می‌کنند.
طوفان های شدید خورشیدی می توانند فاجعه ای را برای جامعه بسیار فناورانه ما به همراه داشته باشند، زیرا پتانسیل آسیب رساندن به ماهواره ها و از بین بردن شبکه های ارتباطی و شبکه های برق جهانی را دارند.
قدرت برخی طوفان‌های شدید خورشیدی که در گذشته در حلقه‌های درختان شناسایی شده‌اند نشان می‌دهد که زیرساخت‌های فناوری ما را در مقیاسی که قبلاً دیده نشده بود، ویران کرده‌اند.
برای مثال، یک طوفان شدید خورشیدی که در سال ۱۵۲ هجری خورشیدی رخ داده است، می‌تواند رویداد کارینگتون را کوتوله کند.
اندازه گیری رادیوکربن
رادیوکربن یا تاریخ‌گذاری کربن، به‌طور گسترده برای دهه‌ها برای پیری اشیایی که زمانی زنده بودند، مانند استخوان، چوب و چرم، مورد استفاده قرار گرفته است. هنگامی که گیاهان و حیوانات می میرند، رادیوکربن درون آنها با سرعت قابل پیش بینی تجزیه می شود.
بنابراین با اندازه گیری میزان رادیو کربن باقی مانده در جسمی مانند استخوان، دانشمندان می توانند تخمین بزنند چه مدت پیش این موجود زنده مرده است.
با این حال، در دهه گذشته، دانشمندان کشف کرده‌اند که طوفان‌های شدید خورشیدی می‌توانند بر میزان رادیو کربن جذب شده در موجودات زنده مانند درختان تأثیر بگذارند. این فرصت را برای محققان فراهم می کند تا رویدادهای شدید خورشیدی را که در کتاب های تاریخ ثبت نشده اند جستجو کنند و تاریخ دقیق آنها را تعیین کنند.
مقدار رادیوکربن موجود در اتمسفر در طول زمان تغییر می‌کند، که می‌تواند تاریخ‌گذاری رادیوکربن را سن‌های گمراه‌کننده‌ای ایجاد کند.
بنابراین تلاش‌های گسترده‌ای در طول سال‌ها برای ‘کالیبره کردن’ رکورد رادیوکربن برای دقیق‌تر کردن آن صورت گرفته است. این بدان معنی است که آن را با سایر مواد با قدمت شناخته شده مرتبط کنید.
اینها ممکن است درختانی باشند که می توان از طریق حلقه های رشدشان تاریخ گذاری کرد، یا استالاگمیت ها و مرجان هایی که با استفاده از روش های دیگر قدمت گذاری شده اند.
هنگامی که با علم تعیین سن از روی حلقه های درختان (دندروکرونولوژی) ترکیب شود، امضای رادیوکربن یک طوفان شدید خورشیدی می تواند یک نقطه مرجع برای سال دقیق ارائه کند. این می تواند به دقیق تر کردن تاریخ گذاری رادیوکربن کمک کند.
با بررسی شواهد موجود برای این طوفان‌های شدید خورشیدی، اکنون می‌توانیم بفهمیم که این رویدادها چند بار رخ می‌دهند. شواهد به ما چیزهای زیادی در مورد چرخه جهانی کربن، اقیانوس و گردش جوی (نحوه توزیع مجدد گرما در سطح زمین) و عملکرد خورشید به ما می گوید.
طوفان های خورشیدی کربن رادیویی درختان را تغییر می دهند
در سال ۱۳۹۰، تیمی به رهبری فوسا میاکه در دانشگاه ناگویا در ژاپن کشف کردند که طوفان های شدید خورشیدی می توانند تغییرات ناگهانی در غلظت رادیو کربن موجود در حلقه های درختان ایجاد کنند.
پیش از این، تصور نمی‌شد که نرخ تولید رادیو کربن در دوره‌های زمانی کوتاه به‌طور قابل‌توجهی تغییر کند، بنابراین اندازه‌گیری‌های سالانه رادیوکربن گذشته بعید به نظر می‌رسید که مورد توجه خاصی باشد.
آنها جهش عظیم تولید رادیو کربن را در جو مرتبط با طوفان شدید AD774 شناسایی کردند. از آن زمان تائید شده است که رویدادهای شدید دیگر در ۳۷۱ هجری شمسی، ۳۸ هجری شمسی، ۵۲۵۹ قبل از میلاد و ۷۱۷۶ قبل از میلاد رخ داده است.
شدیدترین طوفان خورشیدی که ما در رکوردهای کربن رادیویی کشف کرده ایم، حدود ۱۴۳۷۰ سال پیش و در اواخر آخرین عصر یخبندان رخ داد.
ما هنوز نمی دانیم که آیا این وقایع صرفاً نسخه های بزرگتر از طوفان های خورشیدی معمولی – به اصطلاح رویدادهای ‘قوی سیاه’ هستند – یا اینکه آنها توسط پدیده های فیزیکی متمایز ایجاد می شوند. همانطور که طوفان های شدید خورشیدی از روی رکورد رادیوکربن شناسایی می شوند، به دانش ما در مورد فرآیندهای فیزیکی که در ستاره والد ما رخ می دهند اضافه می کنند.
یکی از بزرگترین تهدیدات طوفان‌های خورشیدی قوی، پتانسیل آن برای نابودی ناوگان کامل ماهواره‌ها به‌طور فوری است (به جز آن دسته از ماهواره‌های با ارتفاع پایین که به طور دائم توسط میدان ژئومغناطیسی محافظت می‌شوند)، همچنین این طوفان‌ها می‌توانند شبکه‌های برق را نیز از بین ببرند.
توانایی پیش بینی این رویدادها و دادن هشدار قبلی به اپراتورهای شبکه حیاتی است.
در سال‌های آینده، رکورد رادیوکربن می‌تواند افراط‌تر را نشان دهد
طوفان های خورشیدی جامعه علمی برای تجزیه و تحلیل درختان قدیمی از مناطق مختلف جهان با هدف تقویت شواهد موجود و کشف طوفان های شدید خورشیدی جدید در گذشته مسابقه می دهد.
افزایش درک ما از این رویدادهای شدید نه تنها برای تاریخ گذاری دقیق رادیوکربن مهم است، بلکه برای درک فرآیندهایی که در خورشید و سیاره خودمان اتفاق می افتد نیز مهم است. همچنین می تواند به ما در آماده شدن برای طوفان شدید خورشیدی بعدی کمک کند.
ما هنوز نمی‌توانیم زمان وقوع آن را پیش‌بینی کنیم، اما بینش‌های جدید درباره گذشته به ما می‌گویند که دیر یا زود چنین اتفاقی خواهد افتاد.
