(Robert Murray/Unsplash) Die Sonne hat viel Rhythmus und durchläuft verschiedene Aktivitätszyklen. Der bekannteste Zyklus dürfte der sein Schwabe cycle , die eine 11-Jahres-Taktfrequenz hat. Aber was ist mit Zyklen mit viel längeren Zeitskalen? Wie können Wissenschaftler sie verstehen?
Wie sich herausstellte, hat die Sonne einige versteckte Hinweise in Baumringen hinterlassen.
Vor etwa 400 Jahren begannen Astronomen, die Sonne mit ihren neu erfundenen Teleskopen zu beobachten. Sie bemerkten das Kommen und Gehen von Sonnenflecken und begannen, ihr Auftreten und Verschwinden aufzuzeichnen. Sie hatten keine Ahnung, was sie bedeuteten.
Diese Beobachtungen haben uns viel über die Aktivität der Sonne gelehrt. Je mehr Sonnenflecken es gibt, desto mehr passiert im Inneren der Sonne.
Es gibt aber auch andere Zyklen von längerer Dauer, die sich auf die Erde und ihr Klima auswirken. Und eine 400-Jahres-Aufzeichnung ist zwar in mancher Hinsicht großartig, kann uns aber nicht viel über die längerfristigen Zyklen sagen.
(Robert A. Rohde/Global Warming Act/CC BY-SA 3.0)
Der 11-jährige Schwabe-Zyklus ist selbst Teil dieser noch längeren Zyklen. Ein Team von Wissenschaftlern wollte den Schwabe-Zyklus über 400 Jahre hinaus rekonstruieren, um zu verstehen, wie alles zusammenhängt. Dazu mussten sie Hinweise aufdecken, die die Sonne im Inneren von Bäumen hinterlassen hatte. Diese Hinweise liegen in Form von Radionukliden vor, die durch kosmische Strahlung erzeugt werden.
Das Forscherteam wird von Hans-Arno Synal und Lukas Wacker vom Labor für Ionenstrahlphysik der ETH Zürich geleitet. Sie verfolgten den Schwabe-Zyklus bis ins Jahr 969 zurück, indem sie radioaktive Kohlenstoffkonzentrationen in Baumringen maßen.
Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in einem Artikel mit dem Titel „Elfjährige Sonnenzyklen im letzten Jahrtausend, offenbart durch Radiokarbon in Baumringen“. Es ist in der Zeitschrift veröffentlicht Naturgeowissenschaften .
Das Tolle an Bäumen ist, dass sie in einem jährlichen Zyklus wachsen. Wenn sie also jedes Jahr einen weiteren Ring wachsen lassen, ist dies eine Momentaufnahme der Sonnenleistung für dieses Jahr. Wenn man alle diese Ringe zusammenfügt, erhält man ein genaues Bild der Sonnenaktivität. In dieser Studie untersuchten die Wissenschaftler Baumringarchive aus England und der Schweiz.
Jeder Ring enthält eine winzige Menge radioaktiven Kohlenstoffs – nur ein Atom Kohlenstoff 14 pro 1000 Milliarden Atome. Da Wissenschaftler wissen, dass die Halbwertszeit von C14 etwa 5700 Jahre beträgt, können sie die Konzentration der C14-Atome in der Atmosphäre berechnen, als jeder Ring gewachsen ist.
Hier wird es noch faszinierender: Der radioaktive Kohlenstoff in den Baumringen stammt nicht von der Sonne. Es kommt von kosmische Strahlung die die Erde von weit außerhalb unseres Sonnensystems erreichen.
Aber das Magnetfeld der Sonne trägt dazu bei, dass diese kosmische Strahlung die Erde nicht erreicht. Je stärker das Magnetfeld der Sonne ist, desto weniger C14-Isotope erreichen die Erde und werden vom Baumwachstum aufgenommen. Niedrigere C14-Mengen in Baumringen korrelieren also mit Perioden größerer Sonnenaktivität.
Aber die Messung dieser winzigen Mengen an C14-Isotopen in den Baumringen ist nicht einfach, und es ist auch nicht einfach, Unterschiede von Jahr zu Jahr festzustellen.
„Messungen dieser Art gab es nur in den 80er und 90er Jahren“, sagt Lukas Wacker, „allerdings nur für die letzten 400 Jahre und mit der äußerst aufwendigen Zählmethode.“
Bei der Zählmethode wurde ein Geigerzähler verwendet, um das Zerfallsereignis jedes Isotops zu messen. Diese Methode erfordert viel Material und viel Zeit.
Das Team entwickelte eine andere Methode: Beschleuniger-Massenspektrometrie . Diese Art der Spektrometrie wurde Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelt und eignet sich besonders zum Nachweis langlebiger Radioisotope wie C14.
„Mit moderner Beschleuniger-Massenspektrometrie konnten wir nun in nur wenigen Stunden die C14-Konzentration mit tausendmal kleineren Baumringproben auf 0,1 Prozent genau messen“, sagte Doktorand Nicolas Brehm in einer Stellungnahme Pressemitteilung , der für diese Analysen verantwortlich war.
Die Baumringproben enthalten zwei Arten von Kohlenstoff. Neben dem radioaktiven C14-Isotop ist C12 das am häufigsten vorkommende der beiden Arten stabiler Kohlenstoffisotope.
Ein Beschleuniger-Massenspektrometer beschleunigt beide Isotope, bevor sie durch ein Magnetfeld geschickt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Massen lenkt das Feld eine Kohlenstoffsorte in eine Richtung und die andere Isotope in eine andere Richtung. Die Ergebnisse dieser Messung werden dann statistisch ausgewertet.
(Von Hah/BioMed Central Ltd/CC BY 2.0)
BILD: Ein einfaches Schema eines Beschleuniger-Massenspektrometers. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Gewichte sind C13 und C14 voneinander getrennt und das C14 kann gemessen werden.
Dadurch konnte das Wissenschaftlerteam die Aufzeichnungen der Sonnenaktivität vom Jahr 969 bis 1933 rekonstruieren. Ihre Rekonstruktion bestätigte den 11-jährigen Schwabe-Zyklus der Sonne bis zurück ins Jahr 969 n. Chr.
Es zeigte sich auch, dass die Amplitude dieses Zyklus, also wie stark die Sonnenaktivität steigt und fällt, während lang anhaltender Sonnenminima kleiner ist.
Ihre Rekonstruktion bestätigte noch etwas anderes. Im Jahr 993 kam es zu einem ausgeprägten Sonnenprotonenereignis, das einen Höhepunkt im atmosphärischen C14 verursachte. Diese Ereignisse treten auf, wenn von der Sonne emittierte Protonen so beschleunigt werden, dass sie in das Erdmagnetfeld eindringen und eine Ionisierung in der Atmosphäre verursachen. Es gab Diskussionen über das Ereignis im Jahr 993, aber dieses Werk bestätigt seine Existenz.
Tatsächlich gingen die Ergebnisse über die Bestätigung des Ereignisses im Jahr 993 hinaus. Die Forscher fanden auch Hinweise auf zwei weitere Protonenereignisse: eines im Jahr 1052 und eines im Jahr 1279. Dies ist das erste Mal, dass diese Ereignisse entdeckt wurden, und das könnte ein Hinweis darauf sein dass sie häufiger vorkommen als gedacht.
Das ist sehr interessant, da diese Ereignisse eine Gefahr für die Elektronik auf der Erde und auf Satelliten darstellen können.
Auf der Erde gibt es einige sehr langlebige Bäume. Einer von ihnen, eine Bristlecone-Kiefer in Kalifornien namens Methusalem, soll etwa 5.000 Jahre alt sein. Aber für diese Studie war es nicht nötig, alte lebende Bäume zu stören. Stattdessen untersuchten die Forscher alte Hölzer, die in noch stehenden Gebäuden wie dem verwendet wurden Abteikirche St. Alban , St. Albans, Hertfordshire, Großbritannien.
Der Bau geht auf das 11. Jahrhundert zurück. Das Team untersuchte 13 verschiedene Hölzer aus 11 verschiedenen Gebäuden im Vereinigten Königreich und in der Schweiz.
Diese Art der Analyse hat das Potenzial, uns noch mehr über die Sonne zu erfahren. Es gibt Baumringarchive, die 14.000 Jahre zurückreichen, in subfossilisiertem Holz, das immer noch reich an Kohlenstoff ist.
Mit ihrer Methode wollen die Forscher die C14-Konzentrationen in diesem Holz messen und so die Sonnenaktivität bis zum Ende der letzten Eiszeit rekonstruieren.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .