Il Sole ha diversi cicli nella sua attività. Il ciclo più noto potrebbe essere il ciclo di Schwabe, che ha una cadenza di circa 11 anni. Ma cosa possiamo dire dei cicli con scale temporali molto più lunghe? Come possono gli scienziati capire cosa si cela dietro l’attività solare?
A quanto pare, il Sole ha lasciato alcuni indizi nascosti negli anelli degli alberi.
Circa 400 anni fa, gli astronomi hanno iniziato a osservare il Sole con i loro telescopi appena inventati. Hanno notato che le macchie solari andavano e venivano iniziando a registrare la loro comparsa e dissipazione. Non avevano idea di cosa significassero.
Attività solare negli ultimi 1000 anni (blu, con intervallo di errore in bianco), record di macchie solari (curva rossa) risalenti a meno di 400 anni fa. Lo sfondo mostra un tipico ciclo di undici anni del sole. CREDITO ETH Zürich
Queste osservazioni ci hanno insegnato molto sull’attività del Sole. Più macchie solari ci sono, più c’è da fare all’interno del Sole. Ma ci sono altri cicli di durata più lunga che hanno un effetto sulla Terra e sul suo clima. E un record di 400 anni, anche se ottimo per alcuni aspetti, non può dirci molto sui cicli a lungo termine.
Il ciclo di Schwabe di 11 anni fa parte di questi cicli ancora più lunghi. Un team di scienziati ha voluto ricostruire il ciclo di Schwabe indietro nel tempo oltre i 400 anni per capire come tutto si incastra. Per farlo, hanno dovuto scoprire gli indizi lasciati dal Sole all’interno degli alberi. Questi indizi sono sotto forma di radionuclidi creati dai raggi cosmici.
Il team di ricercatori è guidato da Hans-Arno Synal e Lukas Wacker del Laboratorio di fisica dei fasci ionici dell’ETH di Zurigo. Hanno tracciato il ciclo di Schwabe fino all’anno 969 misurando le concentrazioni di carbonio radioattivo negli anelli degli alberi. Hanno pubblicato i loro risultati in un articolo intitolato “Cicli solari di undici anni nell’ultimo millennio rivelati dal radiocarbonio negli anelli degli alberi“. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Geoscience.
Il bello degli alberi è che crescono in un ciclo annuale. Quindi ogni anno, man mano che cresce un altro anello, è un’istantanea della produzione del Sole per quell’anno. Mettendo insieme tutti questi anelli si ottiene un quadro accurato dell’attività solare. In questo studio, gli scienziati hanno esaminato gli archivi degli anelli degli alberi provenienti dall’Inghilterra e dalla Svizzera.
Ogni anello contiene una piccola quantità di carbonio radioattivo, appena un atomo di carbonio 14 per 1000 miliardi di atomi. Poiché gli scienziati sanno che l’emivita di C14 è di circa 5700 anni, possono calcolare la concentrazione di atomi di C14 nell’atmosfera quando ogni anello è stato coltivato.
È qui che la cosa si fa ancora più affascinante: il carbonio radioattivo negli anelli degli alberi non proviene dal Sole. Proviene dai raggi cosmici che raggiungono la Terra da molto al di fuori del nostro Sistema Solare. Ma il campo magnetico del Sole aiuta a impedire a quei raggi cosmici di raggiungere la Terra. Più potente è il campo magnetico del Sole, meno isotopi C14 raggiungono la Terra per essere assorbiti dalla crescita degli alberi. Quindi quantità più basse di C14 negli anelli degli alberi sono correlate a periodi di maggiore attività solare.
Ma misurare queste minuscole quantità di isotopi C14 negli anelli degli alberi non è facile, e non lo è nemmeno rilevare le differenze da un anno all’altro. “Le uniche misurazioni di questo tipo sono state effettuate negli anni ’80 e ’90”, afferma Lukas Wacker, “ma solo negli ultimi 400 anni e utilizzando il metodo di conteggio estremamente laborioso”. Il metodo di conteggio utilizzava un contatore Geiger per misurare l’evento di decadimento di ciascun isotopo. Questo metodo richiede molto materiale e molto tempo.
Il team ha escogitato un altro metodo: la spettrometria di massa con acceleratore. Questo tipo di spettrometria è stata sviluppata a metà del XX secolo ed è particolarmente utile per rilevare radioisotopi con lunga vita, come il C14.
“Utilizzando la moderna spettrometria di massa con acceleratore siamo stati in grado di misurare la concentrazione di C14 entro lo 0,1% in poche ore con campioni di anelli degli alberi che erano mille volte più piccoli”, ha detto il dottorando Nicolas Brehm in un comunicato stampa, responsabile di tali analisi.
I campioni degli anelli degli alberi contengono due tipi di carbonio. Accanto all’isotopo radioattivo C14 c’è il C12, il più abbondante dei due tipi di isotopo stabile del carbonio. Uno spettrometro di massa con acceleratore accelera entrambi gli isotopi prima di essere inviato attraverso un campo magnetico. Il campo dirige un tipo di carbonio in una direzione e l’altro isotopo in un’altra direzione a causa delle loro diverse masse. I risultati di tale misurazione vengono quindi analizzati statisticamente.
Di conseguenza, il team di scienziati è stato in grado di ricostruire la registrazione dell’attività del Sole dall’anno 969 al 1933. La loro ricostruzione ha confermato il ciclo di Schwabe di 11 anni del Sole fino al 969 d.C. Ha anche dimostrato che l’ampiezza di quel ciclo, o quanto l’attività solare va su e giù, è più piccola durante i minimi solari di lunga durata.
La loro ricostruzione ha confermato anche qualcos’altro. Nel 993, c’è stato un pronunciato evento di protoni solari che ha creato un picco nel C14 atmosferico. Questi eventi si verificano quando i protoni emessi dal Sole sono abbastanza accelerati da penetrare il campo magnetico terrestre e causare la ionizzazione nell’atmosfera. C’è stato un dibattito intorno all’evento 993, ma questo lavoro ne conferma l’esistenza.
In realtà, i risultati sono andati oltre la conferma dell’evento nell’anno 993. I ricercatori hanno anche trovato prove di altri due eventi protonici: uno nel 1052 e uno nel 1279. Questa è la prima volta che questi eventi vengono rilevati e potrebbe indicare che si verificano più frequentemente di quanto si pensasse. Questo è molto interessante poiché questi eventi possono rappresentare un pericolo per l’elettronica sulla Terra e sui satelliti.
La Terra ha alcuni alberi molto longevi. Uno di questi, un pino bristlecone in California chiamato Matusalemme, si pensa abbia circa 5.000 anni. Ma per questo studio, non c’era bisogno di disturbare gli antichi alberi viventi. Invece, i ricercatori hanno esaminato legni antichi utilizzati in edifici ancora in piedi, come la chiesa abbaziale di St Albans, St Albans, Hertfordshire, Regno Unito. La sua costruzione risale all’XI secolo. Il team ha esaminato 13 diversi legni provenienti da 11 diversi edifici nel Regno Unito e in Svizzera.
Questo tipo di analisi ha il potenziale per insegnarci ancora di più sul Sole. Ci sono archivi di anelli degli alberi che risalgono a 14.000 anni fa nel legno sub-fossilizzato, che è ancora ricco di carbonio. I ricercatori sperano di utilizzare il loro metodo per misurare le concentrazioni di C14 in quel legno, che li aiuterà a ricostruire l’attività solare fino alla fine dell’ultima era glaciale.
Fonte : eurekalert
