Vzorky dřeva z jednotlivých letokruhů připravené k měření. Zastoupení radioaktivního izotopu uhlíku vypoví o sluneční aktivitě v konkrétním roce, kdy dřevo rostlo. Kredit: F. Miyake, Kredit: Nagoya University.

Řeč bude o izotopech uhlíku. Než se ale dostaneme k jádru pudla, připomeneme si několik základních poznatků, na nichž práce japonského týmu uveřejněná před několika dny v odborném časopise pro geology, je postavena.

V přírodě je nejvíce zastoupen izotop uhlíku ¹²C. Minoritní uhlík ¹⁴C je radioaktivní a na rozdíl od toho v přírodě nejvíce zastoupeného, má o dva neutrony v jádře více. Ono to číslo 14 (říká se mu nukleonové), vyjadřuje počet protonů plus neutronů v jádře. To podstatné na něm je, že vzniká v atmosféře z dusíku účinkem kosmického záření.

Tím jak rostliny během svého života asimilují oxid uhličitý, hromadí se jim uhlík v tkáních. V okamžiku smrti rostliny (v našem případě poražením stromu) vstřebávání radioaktivního uhlíku 14C ustává. Od této chvíle se již jen rozpadá. Za dobu zvanou poločas rozpadu, se přesně polovina radioaktivního uhlíku přemění na ten normální. Vzorek jakékoliv organické látky je tedy tím starší, čím méně obsahuje radioaktivního uhlíku (v poměru k tomu obyčejnému C12). To je vlastně základ metody určování stáří vzorků objevené W. Killbym a kterému se říká radiokarbonová metoda. Té se ale dnešní poznatek netýká.

Slunce

Naše nejbližší hvězda není nijak mimořádná. Obíhá okolo středu mléčné dráhy a je průměrné velikosti. Od nás je vzdálena zhruba 150 milionů kilometrů (1 au). Neustále produkuje proud energetických částic a část z nich se dostává až na Zemi. Hustota Sluncem vyvrhované energie je rozhodující pro vesmírné počasí. Velké erupce nás zajímají čím dál tím víc. Nejde jen o ovlivňování klimatu, ale i o jejich schopnost ničit elektroniku satelitů, případně i život na kosmických lodích. I proto se japonský tým pokouší o hlubší porozumění minulosti, aby z ní odvodil budoucnost. Zkoumá, jak moc je Slunce bylo kdy aktivní a jak moc slunečních energetických částic (SEP) se od něj dostávalo do atmosféry. Právě ony jsou totiž tím, co způsobuje řetězovou reakci, jejímž výsledkem je kolísavá produkce atomů uhlíku ¹⁴C.

Fusa Miyake, první autorka studie a vedoucí kolektivu z Institute for Space-Earth Environmental Research, Na své ústavní stránce má vzkaz pro studenty: „Když jsem byla na střední škole, byla jsem špatná ve fyzice i matematice. Ale vytrvala jsem, abych mohla studovat astronomii. Nezáleží na tom, že něco neumíte zvlášť dobře. Důležité je vytrvat a jít za svými zájmy. Kredit: Nagoya University.

Dendrochronologie

Pokud v minulosti v některých letech došlo na Slunci k velkým erupcím, tak zde na Zemi se to se zpožděním osmi minut, projevilo vysokým nárůstem produkce ulíku ¹⁴C. A to zase znamená, že v tom roce narostlá hmota stromu (letokruh) také musí obsahovat více radioaktivního uhlíku, než letokruhy narostlé v dobách, kdy si Slunce dopřávalo siestu. Jinak řečeno, z letokruhů starých stromů se lze dívat do minulosti a radiokarbonovou metodou zjistit, kdy Slunce bouřilo.

Historie

V literatuře jsou již popsány tři události s extrémní produkcí slunečních energetických částic (SEP). Došlo k nim přibližně v letech 660 před naším letopočtem, pak v letech 774–775 našeho letopočtu a 992–993 našeho letopočtu. Každá z těchto událostí byla byla zhruba o řád silnější, než kterákoli jiná v éře moderního průzkumu vesmíru.

Konečně se dostáváme k tomu, co je předmětem objevu týmu pod vedením Japonky Fusa Miyake z Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University. Popsali událost, k níž došlo v době 5411 až 5410 před naším letopočtem. A že v té době kvůli slunečním erupcím, vzrostl atmosférický uhlík ¹⁴C na severní polokouli meziročně o 0,6 procenta a že tak vysoko se držel po několik let, než poklesl na obvyklou úroveň.

Zdá se, že závěrům studie se dá věřit, neboť popsanou historickou událost si ověřovali pomocí vzorků odebraných ze stromů na třech od sebe značně vzdálených lokalitách. U borovice z Kalifornie, borovice z Finska a na evropském modřínu ze Švýcarska.

Pokud by na vině nárůstu radioaktivního izotopu uhlíku byla supernova (jasná skvrna vlevo dole), projevilo by se to nárůstem izotopů berylia a chloru (10Be a 36Cl) v ledových jádrech. Kredit: NASA / ESA, projektový tým Hubble Key.. CC BY 3.0

To, že z každého z výše uvedených stromů, odebrali vzorky jednotlivých letokruhů a všechny je podrobili procedurám na hmotnostním spektrometru a na urychlovači, umožnilo nejen stanovit zastoupení izotopů uhlíku v atmosféře, kdy daný letorost rostl. Ale porovnáním jednotlivých letokruhů získat vzorec fluktuací uhlíku ¹⁴C. Ten vypovídá o 11letém slunečním cyklu. Výsledek tedy zapadá do pozorování astronomů, klonících se k závěru, že Slunce opakovaně prochází desetiletí trvajícím obdobím rostoucí aktivity.

Závěr

Pravdou je, že z letokruhů nyní vyčtený nejstarší extrémní nárůst radioaktivního izotopu uhlíku v atmosféře, výrazně podpořil možnost předvídání budoucích velkých slunečních erupcí. Žel tato práce nemůže vyloučit jinou mimozemskou příčinu zvýšeného obsahu uhlíku (¹⁴C). Takovou by mohla být exploze blízké supernovy. Nic ale není ztraceno. Případnou (ne moc pravděpodobnou) blamáž půjde vyloučit stanovením obsahu izotopů berylia a chloru v ledových jádrech. Není nejmenší pochyby, že této hozené rukavice (snadného získání hodně citované publikace za málo námahy), se hodně brzo někdo ujme a předpoklad japonského týmu potvrdí. Pokud se předpoklad, že za zvýšením izotopu uhlíku ¹⁴C v prastarých letokruzích stromů, skutečně stojí soptění naší nejbližší hvězdy, bude to velká podpora teorie dlouhodobých slunečních cyklů. Slovy vědkyně Miyake: „věštění budoucnosti“ ze stromových letokruhů“.

Literatura

F. Miyake et al, A Single‐Year Cosmic Ray Event at 5410 BCE Registered in 14 C of Tree Rings, Geophysical Research Letters (2021). DOI: 10.1029/2021GL093419

Nagoya University