太阳活动在千年中得以重建-太阳的十一年周期可以追溯到969年

最近1000年的太阳活动（蓝色，错误间隔为白色），黑子记录（红色曲线）可追溯到不到400年。背景显示典型的太阳十一年周期。

由苏黎世联邦理工学院领导的国际研究人员团队使用树木年轮中的放射性碳测量值，将太阳活动重建到969年。这些结果有助于科学家更好地了解太阳的动力学，并允许使用C14方法对有机材料进行更精确的测年。

在阳光下发生的事情只能间接观察到。例如，黑子揭示了太阳活动的程度–太阳表面上可见的黑子越多，深层内部的恒星就越活跃。尽管自古以来就已经知道了黑子，但自从大约400年前发明了望远镜以来，才对黑子进行了详细记录。因此，我们现在知道斑点的数量以规则的十一年周期变化，此外，太阳活动有很长的持续时间，这也反映在地球的气候中。

但是，到目前为止，很难重建系统记录开始之前太阳活动如何发展。由ETH离子束物理实验室的Hans-Arno Synal和Lukas Wacker领导的国际研究团队，包括哥廷根的马克斯·普朗克太阳系研究所和瑞典的隆德大学，现已追溯到太阳的十一点。使用树木年轮中放射性碳浓度的测量，一直到969年为止的年循环。同时，研究人员因此创建了一个重要的数据库，以便使用C14方法更精确地确定年龄。他们的结果最近发表在科学杂志《自然地球科学》上。

年轮的太阳活动

为了以仅一年的极佳时间分辨率重建一千年中的太阳活动，研究人员使用了英格兰和瑞士的年轮档案。在那些年轮可以通过对年轮计数精确确定其年龄的树中，放射性碳C14的比例很小，每1万亿个原子中只有一个具有放射性。从已知的C14同位素的半衰期-大约5700年-可以推断出形成年轮时大气中放射性碳的浓度。由于放射性碳主要由宇宙粒子产生，而宇宙粒子又通过太阳磁场或多或少地远离地球-太阳越活跃，它对地球的屏蔽就越好-有可能通过大气中C14浓度的变化推断太阳活动。

一组研究人员已将太阳活动重建到969年。

然而，对已经很小的浓度变化进行精确测量，就像在巨大的干草堆中寻找针头上的灰尘颗粒一样。卢卡斯·瓦克（Lukas Wacker）说：“唯一的此类测量是在80年代和90年代进行的，但仅在过去的400年中，并且使用了非常费力的计数方法。”在该方法中，样品中C14的放射性衰变事件直接使用Geiger计数器进行计数，这需要相对大量的材料，并且由于C14的长半衰期甚至更长的时间。博士生尼古拉斯·布雷姆（Nicolas Brehm）补充说：“使用现代的加速器质谱仪，我们现在能够在短短几个小时内用较小的一千倍的年轮样品将C14浓度测量到0.1％以内。” 。

在加速器质谱法中，树材料的C14和C12原子（“正常”非放射性碳；相反，C14的原子核中包含两个其他中子）先带电，然后通过几千伏，然后通过磁场发送。在该磁场中，质量不同的两个碳同位素偏转的程度不同，因此可以分别计数。为了最终从原始数据中获得所需的太阳活动信息，研究人员必须对其进行一些复杂的统计分析，并使用计算机模型进一步处理结果。

利用以太坊开发的新仪器（右），研究人员可以测量浓度中十分之几的微小变化，并从中重建过去的太阳活动。

这个程序使研究人员能够无缝地重建969年至1933年的太阳活动。通过该重建，他们可以确认十一年周期的规律性，以及在长期的太阳极小期中，该周期的振幅（由太阳活动的上升和下降的幅度）也较小的事实。这样的见解对于更好地了解太阳的内部动力学非常重要。测量结果还证实了993的太阳高能质子事件。在这种情况下，在太阳耀斑期间到达地球的高度加速的质子会导致C14的稍微过量产生。此外，研究小组还发现了1052和1279年发生的另外两个尚不为人所知的事件的证据。这可能表明，此类事件（可能会严重干扰地球和卫星中的电子电路）发生的频率比以前想象的要高。

通过C14方法进行更精确的约会

由于树木年轮档案的存在已有14000年，在不久的将来，研究人员希望使用他们的方法来确定直到最后一个冰河时代结束的年C14浓度。作为一种“额外”方法，新研究中的数据可用于使用C14方法更精确地对有机材料进行测年，并且已包含在国际认可的最新放射性碳校准曲线（IntCal）的最新版本中。卢卡斯·瓦克（Lukas Wacker）说：“ ETH以前从未参与该参考数据库，但是凭借我们的新结果，我们现在一次性完成了三分之一的测量。”

参考：“树环中的放射性碳揭示了过去千年中的十一年太阳循环”，作者：尼古拉斯·布雷姆，亚历克斯·贝利斯，马库斯·克里斯特尔，汉斯·阿诺·辛纳尔，弗洛里安·阿道夫，约尔格·比尔，伯恩德·克罗默，雷蒙德·穆斯切勒，萨米·K·索兰基，伊利亚Usoskin，Niels Bleicher，Silvia Bollhalder，Cathy Tyers和Lukas Wacker，2021年1月4日，自然地球科学。
10.1038 / s41561-020-00674-0