Äärimmäinen protonitapahtuma Auringossa vuonna 12350 eaa

KAK – Auringon aktiivisuus vaihtelee. Se ei ole uutinen. Silloin tällöin, ehkä muutaman kerran sadassa vuodessa aktiivisuus huipentuu erittäin voimakkaaseen aurinkomyrskyyn (solar proton event, SPE), sellainen on jo pieni uutinen. Yksi, ehkä kaikkein voimakkain myrskypurkaus tapahtui vuoden 12350 eaa. tienoilla, jolloin Auringossa tapahtui niin äärimmäisen voimakas aurinkoprotonitapahtuma (extreme solar proton event, ESPE), että sen jälkiä näkyy edelleen Maan biologisissa arkistoissa.

Mitä tapahtui?

Uudessa tutkimuksessa [1] tutkijat mallinsivat tätä muinaista äärimmäistä tapahtumaa hyödyntäen kehittynyttä ilmakehämallia SOCOL:14C-Ex, joka seuraa hiili-14:n (¹⁴C) syntyä [2] ja kulkeutumista ilmakehässä. Mallinnuksen pohjana käytettiin Lounais-Euroopasta löydettyjä ¹⁴C-poikkeamia, jotka on havaittu puun vuosirenkaissa.

Auringossa tapahtunut aurinkoprotonimyrsky tuottaa maapallon ilmakehään ¹⁴C kosmogeenista isotooppia, joka siirtyy kasvillisuuteen. Se on havaittavissa esimerkiksi puiden vuosilustoista ja siten toimii Auringon aktiivisuuden lokikirjana jopa tuhansia vuosia.  

Tapahtuman mallinnuksessa käytettiin referenssinä vuoden 775 ja 2005 protonitapahtumien energiaspektrejä. Vuoden 775 tapahtuma on tähän asti ollut voimakkain tunnettu aurinkoprotontapahtuma [3] historialliselta ajalta. Mutta nyt tulee se iso uutinen!

Tutkimuksen mukaan vuoden 12350 eaa. tapahtuman aiheuttama ¹⁴C-tuotto vastasi spektriltään kovaa ja nopeaa purkausta. Sen voimakkuus oli mallinnuksessa 80-kertainen verrattuna 23.2.1956 SEP-tapahtumaan ja noin 20 – 30 % voimakkaampi kuin vuoden 775 tapahtuma. Vuoden 1956 tapahtumaa käytettiin teknisenä vertailupohjana purkausten voimakkuuslaskelmille. Voimakkuusarvioissa on tietysti hyvin suuri epävarmuus, joten luvut ovat vain suuntaa antavia.

Edellä esitetyn perusteella voidaan päätellä, että Aurinko kykenee tuottamaan tapahtumia, jotka ovat kertaluokkia voimakkaampia kuin mikään historiallisesti havaittu. Vaikka vuoden 775 tapahtuma oli voimakkuudeltaan (n. 60× 1956 SEP) poikkeuksellinen, se ei ollut Auringon aktiivisuuden rajalla, sillä vuoden 12350 eaa. tapahtuma ylitti sen reippaasti.

Mitä mallinnus kertoo Auringosta?

Tutkimuksessa ¹⁴C:n tuotanto mallinnettiin pääosin napa-alueiden stratosfääriin (varatut hiukkaset pääsevät maapallon ilmakehään magneettikentän ohjaamina vain napa-aluilla), josta se levisi hitaasti muualle ilmakehään. Aurinkomyrsky tapahtui mallinnuksen mukaan alkukeväästä, ehkä maaliskuussa. Lähes kahden vuoden kuluessa ¹⁴C-pitoisuudet kasvoivat maanpinnalla, etenkin puustossa ja juuri nämä muutokset on havaittu vuosirengasnäytteen ¹⁴C-mittauksissa.

Tämä kertoo, että Auringon hiukkaspurkaukset voivat tuottaa globaalisti havaittavia vaikutuksia, erityisesti ilmakehän radiokemiassa. Vaikutukset eivät ole hetkellisiä, vaan voivat jatkua vuosien ajan purkauksen jälkeen. Nykyään havaitut poikkeamat hiili-isotoopeissa antavat meille mahdollisuuden rekonstruoida Auringon muinaista käyttäytymistä, mikä on erityisen arvokasta pitkän aikavälin avaruussään tutkimuksessa.

 

Miksi tämä kiinnostaa aurinkoharrastajaa?

Vaikka tällaiset esihistorialliset tapahtumat tuntuvat kaukaisilta, ne toimivat muistutuksena Auringon potentiaalista. Tämän mittaluokan tapahtuma nykymaailmassa voisi aiheuttaa vakavia vaikutuksia satelliitteihin, sähköverkkoihin ja navigaatiojärjestelmiin, puhumattakaan ionosfäärin häiriöistä, jotka olisivat revontuliharrastajille sekä siunaus että kirous.

Lisäksi tällaiset tutkimukset auttavat meitä ymmärtämään Auringon pitkäaikaisia syklejä, mahdollisia toistuvuuksia ja voimme luoda tarkkoja ennusteita tulevista tapahtumista.

Viitteet

[1] Tutkimusartikkeli julkaistaan 1.6.2025 Earth and Planetary Science Letters -tiedejulkaisussa, otsikolla New SOCOL:14C-Ex model reveals that the Late-Glacial radiocarbon spike in 12350 BC was caused by the record-strong extreme solar storm; tekijöinä ovat Kseniia Golubenko, Ilya Usoskin (molemmat Oulun yliopistosta), Eugene Rozanov ja Edouard Bard.

 

[2] Kuinka ¹⁴C muodostuu

Prosessi energisen hiukkasen (SEP) saapuminen ja sen aiheuttaman ¹⁴C muodostumiseen on monivaiheinen tapahtuma. Aurinkoprotonitapahtumassa (Solar Energetic Particle Event, SEPE) Auringosta purkautuu hyvin suurienergisiä protoneja (ja muita hiukkasia), jotka voivat päästä Maan magneettikentän läpi napa-alueilta ja iskeytyä ilmakehään.

Saapuva energinen protoni törmää ilmakehän atomeihin, pääasiassa typpeen (N) ja happeen (O). Tämä törmäys synnyttää hadronisuihkun – sarjan hiukkasreaktioita, joissa syntyy muun muassa: neutroneja (n), pioneja (π⁰, π⁺, π⁻), myoneja (μ) ja sekundäärisiä protoneja ja muita hiukkasia.

Neutroneilla ei ole sähkövarausta, joten ne etenevät vapaasti ilmakehässä ja voivat törmätä muihin atomeihin, ennen kuin ne absorboituvat tai hajoavat. Yksi tärkeimmistä ¹⁴C:n tuotantoreaktioista on seuraava ydinreaktio:

n + ¹⁴N → ¹⁴C + p

Tässä hidas neutroni törmää typen vakioisotooppiin ¹⁴N. Törmäyksessä typestä poistuu protoni ja jäljelle jää ¹⁴C – eli radioaktiivinen hiili-14-isotooppi. Syntyneen ¹⁴C (”radiohiili”) puoliintumisaika on noin 5 700 vuotta. Tästä syystä radiohiiliajoituksen käyttökelpoisuus rajoittuu enintään noin 60 000 vuoden takaisiin näytteisiin.

Muodostunut ¹⁴C sitoutuu nopeasti hiilidioksidimolekyyleihin (CO₂), jolloin syntyy ¹⁴CO₂. Tämä sekoittuu ilmakehän mukana kaikkialle maapallolle. Kasvit ottavat ilmakehästä CO₂:ta yhteyttämisen yhteydessä – myös ¹⁴CO₂:ta. Näin ¹⁴C päätyy ravintoketjuun ja jää biologisiin näytteisiin, kuten vuosirenkaisiin tai sedimentteihin (suot ja järvet, joihin kerrostuu orgaanista materiaalia).

Tämä tapahtumaketju ei suinkaan ole ainoa laatuaan, vaan energisten hiukkasten törmäykset tuottavat kosmogeenisiä isotooppeja kuten beryllium ¹⁰Be ja kloori ³⁶Cl. Nämä on tunnistetavissa etenkin jäätiköistä tehdyistä kairauksista ja usein myös sedimenteistä (joskin heikommin ja suuremmalla epätarkkuudella).

 

[3] Protonitapahtumia