Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã tái tạo lại hoạt động mặt trời từ năm 969 bằng cách sử dụng các phép đo carbon phóng xạ trong các vành cây. Những kết quả đó giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về động lực học của mặt trời và cho phép xác định niên đại chính xác hơn của các vật liệu hữu cơ bằng phương pháp C14.
Những gì diễn ra dưới ánh nắng mặt trời chỉ có thể được quan sát một cách gián tiếp. Ví dụ, các vết đen tiết lộ mức độ hoạt động của mặt trời – càng có nhiều vết đen trên bề mặt mặt trời, thì ngôi sao trung tâm của chúng ta nằm sâu bên trong càng hoạt động. Mặc dù các vết đen đã được biết đến từ thời cổ đại, chúng chỉ được ghi lại chi tiết kể từ khi phát minh ra kính thiên văn khoảng 400 năm trước. Nhờ đó, giờ đây chúng ta biết rằng số lượng điểm thay đổi theo chu kỳ 11 năm đều đặn và hơn nữa, có những khoảng thời gian dài hoạt động mạnh và yếu của mặt trời, điều này cũng được phản ánh trong khí hậu trên Trái đất.
Tuy nhiên, hoạt động năng lượng mặt trời phát triển như thế nào trước khi bắt đầu ghi chép có hệ thống cho đến nay rất khó để tái tạo lại. Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Hans-Arno Synal và Lukas Wacker thuộc Phòng thí nghiệm Vật lý tia Ion tại ETH dẫn đầu, bao gồm Viện Max Planck về Nghiên cứu Hệ Mặt trời ở Göttingen và Đại học Lund ở Thụy Điển, hiện đã truy tìm lại 11 năm của mặt trời chu kỳ đến năm 969 bằng cách sử dụng các phép đo nồng độ carbon phóng xạ trong vòng cây. Đồng thời, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một cơ sở dữ liệu quan trọng để xác định tuổi chính xác hơn bằng phương pháp C14. Kết quả của họ gần đây đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature Geoscience .
Hoạt động mặt trời từ vành đai cây
Để tái tạo lại hoạt động mặt trời trong một thiên niên kỷ với độ phân giải thời gian cực kỳ tốt chỉ trong một năm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tài liệu lưu trữ vòng cây từ Anh và Thụy Sĩ. Trong những vành cây đó, có thể xác định chính xác tuổi của chúng bằng cách đếm các vành, có một phần nhỏ cacbon phóng xạ C14, với chỉ một trong số 1000 tỷ nguyên tử là phóng xạ. Từ chu kỳ bán rã đã biết của đồng vị C14 – khoảng 5700 năm – sau đó người ta có thể suy ra nồng độ của carbon phóng xạ có trong khí quyển khi vòng tăng trưởng được hình thành. Vì cacbon phóng xạ chủ yếu được tạo ra bởi các hạt vũ trụ, do đó các hạt này bị giữ lại khỏi Trái đất ở một mức độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn bởi từ trường của mặt trời.
Kết quả tốt hơn thông qua các kỹ thuật phát hiện hiện đại
Tuy nhiên, các phép đo chính xác về sự thay đổi nồng độ vốn đã rất nhỏ đó lại giống như việc tìm kiếm hạt bụi trên cây kim trong một đống cỏ khô khổng lồ. Lukas Wacker nói: “Các phép đo duy nhất thuộc loại đó được thực hiện vào những năm 80 và 90, nhưng chỉ trong 400 năm qua và sử dụng phương pháp đếm cực kỳ tốn công sức”. Trong phương pháp đó, các sự kiện phân rã phóng xạ của C14 trong một mẫu được đếm trực tiếp bằng máy đếm Geiger, công cụ này đòi hỏi một lượng vật liệu tương đối lớn và do chu kỳ bán rã của C14 dài hơn, thậm chí nhiều thời gian hơn. Nghiên cứu sinh Nicolas Brehm, người chịu trách nhiệm phân tích đó, cho biết thêm: “Sử dụng khối phổ gia tốc hiện đại, chúng tôi hiện có thể đo nồng độ C14 đến 0,1% chỉ trong vài giờ với các mẫu vòng cây nhỏ hơn một nghìn lần.”
Trong phép đo khối phổ máy gia tốc, các nguyên tử C14 và C12 (cacbon “bình thường”, không phóng xạ; ngược lại, C14 chứa thêm hai nơtron trong hạt nhân của nó) của vật liệu cây trước tiên được tích điện và sau đó được gia tốc bởi một thế năng điện của một số nghìn vôn, sau đó chúng được gửi qua một từ trường. Trong từ trường đó, hai đồng vị cacbon, có khối lượng khác nhau, bị lệch về các mức độ khác nhau và do đó có thể được đếm riêng biệt. Để cuối cùng có được thông tin mong muốn về hoạt động mặt trời từ dữ liệu thô đó, các nhà nghiên cứu phải thực hiện một số phân tích thống kê phức tạp trên đó và xử lý thêm kết quả bằng cách sử dụng các mô hình máy tính.
Chu kỳ mười một năm đều đặn trong một thiên niên kỷ
Quy trình này cho phép các nhà nghiên cứu tái tạo liền mạch hoạt động mặt trời từ năm 969 đến năm 1933. Từ việc tái tạo đó, họ có thể xác nhận tính đều đặn của chu kỳ 11 năm cũng như thực tế là biên độ của chu kỳ đó (bằng cách hoạt động mặt trời tăng lên và xuống) cũng nhỏ hơn trong thời gian cực tiểu năng lượng mặt trời kéo dài. Những hiểu biết như vậy rất quan trọng để hiểu rõ hơn về động lực bên trong của mặt trời. Các kết quả đo cũng cho phép xác nhận sự kiện proton năng lượng mặt trời là 993. Trong sự kiện như vậy, các proton có gia tốc cao đến được Trái đất trong thời gian bùng cháy mặt trời gây ra sự sản xuất dư thừa một chút C14. Hơn nữa, nhóm nghiên cứu cũng tìm thấy bằng chứng về hai sự kiện khác, chưa được biết đến vào năm 1052 và 1279.
Xác định niên đại chính xác hơn bằng phương pháp C14
Khi các kho lưu trữ vòng cây tồn tại trong 14.000 năm qua, trong tương lai gần, các nhà nghiên cứu muốn sử dụng phương pháp của họ để xác định nồng độ C14 hàng năm từ cuối kỷ băng hà cuối cùng. Như một dạng “bổ sung”, dữ liệu trong nghiên cứu mới có thể được sử dụng để xác định niên đại vật liệu hữu cơ chính xác hơn nhiều bằng cách sử dụng phương pháp C14 và đã được đưa vào phiên bản mới nhất của đường chuẩn carbon vô tuyến được quốc tế công nhận (IntCal). Lukas Wacker cho biết: “ETH đã không tham gia vào cơ sở dữ liệu tham chiếu đó trước đây, nhưng với kết quả mới của chúng tôi, chúng tôi hiện đã đóng góp một phần ba số đo trong một lần.”
Video: https://www.youtube.com/watch?v=AN7Tmra0gaI&feature=emb_logo
Nguồn truyện:
Tài liệu do ETH Zurich cung cấp . Bản gốc do Oliver Morsch viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :