در ماه سپتامبر سال ۱۸۵۹، در سالی که داروین «درباره منشأ گونه‌ها» مقاله‌ای منتشر کرد، سیستم‌های 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.

به نقل از اسپیس، چند ساعت قبل از آن، محققان اولین شراره خورشیدی تایید شده را مشاهده کرده بودند که انفجار شدیدی از تشعشع ساطع شده از خورشید است. این یک هشدار بود که قرار بود چیزی بزرگ به سیاره ما برخورد کند. بیشتر آسمان‌های شمالی و جنوبی با شفق‌های درخشان(نورهای شمالی و جنوبی) روشن شدند که نشان می‌داد طوفان خورشیدی عظیمی در راه است.

این طوفان که بعدها رویداد کارینگتون(Carrington) نام گرفت، یکی از قوی‌ترین طوفان‌های تاریخ مستند بود. با این حال، در مقاله‌ای جدید در نیچر، نشان داده شده است که در گذشته‌ای نه چندان دور، زمین توسط طوفان‌های خورشیدی بسیار شدیدتری ضربه خورده است. شواهد این طوفان‌ها از تجزیه و تحلیل سطوح کربن رادیواکتیو، معروف به رادیوکربن یا کربن ۱۴ در حلقه‌های درختان به دست آمده است.

طوفان‌های خورشیدی باعث ایجاد اختلال در سپر مغناطیسی زمین یا مغناطیس‌سپهر می‌شوند. یکی از راه‌های متداول ایجاد آن‌ها، پرتاب‌های جرم تاجی است که ریزش ذرات باردار از خورشید بوده که راه خود را به زمین باز می‌کنند و به مگنتوسفر نفوذ می‌کنند. طوفان‌های شدید خورشیدی می‌توانند فاجعه‌ای را برای جامعه بسیار فناور ما به همراه داشته باشند، زیرا این طوفان‌ها می‌توانند به ماهواره‌ها آسیب بزنند و شبکه‌های ارتباطی و شبکه‌های برق جهانی را از بین ببرند.

قدرت برخی از طوفان‌های شدید خورشیدی که در گذشته در حلقه‌های درختان شناسایی شده‌اند نشان می‌دهد که زیرساخت‌های فناوری ما را در مقیاسی که پیش از این دیده نشده بود، ویران کرده‌اند. برای مثال، یک طوفان شدید خورشیدی که در سال ۷۷۴ پس از میلاد رخ داده است، در برابر رویداد کارینگتون یک ابر فاجعه است.

اندازه‌گیری رادیوکربن

رادیوکربن یا تاریخ‌گذاری کربن، به‌طور گسترده برای دهه‌ها برای بررسی سن اجسامی که زمانی زنده بودند، مانند استخوان، چوب و چرم، مورد استفاده قرار گرفته است. هنگامی که گیاهان و حیوانات می‌میرند، رادیوکربن درون آنها با سرعت قابل پیش‌بینی تجزیه می‌شود. بنابراین با اندازه‌گیری میزان رادیو کربن در جسمی مانند استخوان، دانشمندان می‌توانند تخمین بزنند چه مدت پیش از این آن 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 می‌کند تا رویدادهای شدید خورشیدی را که در کتاب‌های تاریخ ثبت نشده‌اند بررسی کنند و تاریخ دقیق آنها را تعیین کنند.

مقدار رادیوکربن موجود در اتمسفر در طول زمان تغییر می‌کند، که می‌تواند تاریخ‌گذاری رادیوکربن را گمراه‌کننده‌ کند. بنابراین تلاش‌های گسترده‌ای در طول سال‌ها برای «کالیبره کردن» رکورد رادیوکربن برای دقیق‌تر کردن آن صورت گرفته است. کالیبره کردن به این معناست که ارتباط رادیوکربن را با سایر مواد با قدمت شناخته شده پیدا کنید. اینها ممکن است درختانی باشند که می‌توان از طریق حلقه‌های رشدشان آنها را تاریخ‌گذاری کرد، یا مرجان‌هایی که با استفاده از روش‌های دیگر قدمت‌گذاری شده‌اند.

امضای رادیوکربن یک طوفان شدید خورشیدی هنگامی که با علم تعیین سن از روی حلقه‌های درختان ترکیب شود، می‌تواند یک نقطه مرجع برای سال دقیق ارائه کند. این می‌تواند به تعیین دقیق‌تر تاریخ گذاری رادیوکربن کمک کند.

با بررسی شواهد موجود برای این طوفان‌های شدید خورشیدی، اکنون می‌توانیم بفهمیم که این رویدادها چند بار یک 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 می‌گویند.

طوفان‌های خورشیدی رادیوکربن درختان را تغییر می‌دهند

در سال ۲۰۱۲، گروهی به سرپرستی فوسا میاکه(Fusa Miyake) در دانشگاه ناگویا در ژاپن کشف کردند که طوفان‌های شدید خورشیدی می‌توانند تغییرات ناگهانی در غلظت رادیو کربن موجود در حلقه‌های درخت ایجاد کنند. پیش از این، تصور نمی‌شد که نرخ تولید رادیو کربن در دوره‌های زمانی کوتاه به‌طور قابل‌توجهی تغییر کند.

آنها جهش عظیم تولید رادیو کربن را در جو مرتبط با طوفان شدید AD774 شناسایی کردند. رویدادهای شدید دیگر از آن زمان تایید شده است که در سال‌های ۹۹۳ پس از میلاد، ۶۶۰ قبل از میلاد، ۵۲۵۹ قبل از میلاد و ۷۱۷۶ قبل از میلاد رخ داده‌اند. شدیدترین طوفان خورشیدی که ما در رکوردهای رادیوکربن کشف کرده‌ایم، حدود ۱۴۳۷۰ سال پیش و در اواخر آخرین عصر یخبندان رخ داده است.

ما هنوز نمی‌دانیم که آیا این وقایع صرفا نسخه‌های بزرگتر از طوفان‌های خورشیدی معمولی یا به اصطلاح رویدادهای «قوی سیاه» هستند یا اینکه آنها توسط پدیده‌های فیزیکی متمایزی ایجاد می‌شوند. همانطور که طوفان‌های خورشیدی شدیدتر با استفاده از رکوردهای رادیوکربن شناسایی می‌شوند، به دانش ما در مورد فرآیندهای فیزیکی که در ستاره والد ما رخ می‌دهند اضافه می‌کنند.

یکی از بزرگترین تهدیدات طوفان خورشیدی بزرگ، پتانسیل آن برای از بین بردن فوری کل ناوگان ماهواره‌ای البته به جز آن دسته از ماهواره‌های در ارتفاع پایین که به طور دائم توسط میدان ژئومغناطیسی محافظت می‌شوند و همچنین از بین بردن شبکه‌های برق است. توانایی پیش‌بینی این رویدادها و دادن هشدار قبلی به اپراتورهای شبکه حیاتی است.

در سال‌های آینده، رکورد رادیوکربن می‌تواند طوفان‌های شدید خورشیدی بیشتری را آشکار کند. جامعه علمی برای تجزیه و تحلیل درختان قدیمی از مناطق مختلف جهان با هدف تقویت شواهد موجود و کشف طوفان‌های شدید خورشیدی جدید در گذشته رقابت می‌کنند.

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 می‌افتد نیز اهمیت دارد. همچنین می‌تواند به ما در آماده شدن برای طوفان شدید خورشیدی بعدی کمک کند. ما هنوز نمی‌توانیم زمان وقوع آن را پیش‌بینی کنیم، اما درک جدید از گذشته به ما می‌گویند که دیر یا زود چنین اتفاقی خواهد افتاد.