Attività solare ricostruita per un millennio Chi siamo

Ciò che accade nel sole può essere osservato solo indirettamente. Le macchie solari, ad esempio, forniscono informazioni sul grado di attività solare: più macchie sono visibili sulla superficie del sole, più la nostra stella centrale è attiva al suo interno. Anche se le macchie solari sono note fin dall'antichità, sono state documentate in dettaglio solo dopo l'invenzione del telescopio, circa 400 anni fa. Da allora si sa, ad esempio, che il numero di macchie cambia in cicli regolari di undici anni e che ci sono anche fasi di lunga durata di forte e debole attività solare, che si riflettono anche sul clima terrestre.

Finora è stato difficile capire come si sia sviluppata l'attività solare prima dell'inizio di queste registrazioni sistematiche. Un team di ricerca internazionale guidato da Hans-Arno Synal e Lukas Wacker presso il Laboratory for Ion Beam Physics dell'ETH, che comprende anche l'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare di Gottinga e l'Università svedese di Lund, è riuscito a risalire al ciclo undecennale del Sole fino all'anno 969 misurando il contenuto di carbonio radioattivo negli anelli degli alberi. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno creato un importante database per una più precisa determinazione dell'età con il metodo del C14. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Nature Geoscience.

Attività solare dagli anelli degli alberi

Per ricostruire l'attività solare nell'arco di un millennio con un'ottima risoluzione temporale di un solo anno, gli scienziati hanno utilizzato archivi di anelli di alberi provenienti dall'Inghilterra e dalla Svizzera. Questi anelli degli alberi, la cui età può essere determinata con precisione contando gli anelli, contengono una minuscola quantità di carbonio radioattivo C14, di cui solo uno su 1000 miliardi di atomi è radioattivo. Dall'emivita nota di questo isotopo C14 - circa 5700 anni - è possibile dedurre il contenuto di carbonio radioattivo presente nell'atmosfera terrestre al momento della formazione di un anello annuale. Poiché il carbonio radioattivo si forma principalmente dalle particelle cosmiche, che a loro volta sono tenute più o meno lontane dalla Terra dal campo magnetico del Sole - più il Sole è attivo, più protegge la Terra - una variazione del contenuto di C14 nell'atmosfera può essere utilizzata per trarre conclusioni sull'attività solare.

I moderni metodi di rilevamento migliorano i risultati

Misurare con precisione la variazione di questo contenuto già molto piccolo, tuttavia, è come cercare un granello di polvere in un ago in un enorme pagliaio. "Le uniche misurazioni di questo tipo sono state effettuate negli anni '80 e '90", dice Lukas Wacker, "ma solo per gli ultimi 400 anni e utilizzando un metodo di conteggio estremamente complesso". Con questo metodo, gli eventi di decadimento radioattivo del C14 in un campione vengono contati direttamente con un contatore Geiger, il che richiede una quantità relativamente grande di materiale e, a causa del lungo tempo di dimezzamento del C14, anche più tempo. "Con la moderna spettrometria di massa con acceleratore, siamo ora in grado di determinare il contenuto di C14 con una precisione di circa l'uno per mille in poche ore, utilizzando un campione di anelli di alberi mille volte più piccolo", aggiunge Nicolas Brehm, responsabile di queste analisi in qualità di dottorando.

Nella spettrometria di massa con acceleratore, gli atomi di C14 e C12 (il carbonio "normale", non radioattivo; il C14, invece, contiene due neutroni in più nel suo nucleo) del materiale dell'albero, inizialmente caricati elettricamente, vengono accelerati con una tensione di diverse migliaia di volt e poi fatti passare attraverso un campo magnetico. In questo campo magnetico, gli isotopi di carbonio di peso diverso vengono deviati in misura diversa e possono quindi essere contati separatamente. Per ottenere da questi dati grezzi le informazioni desiderate sull'attività solare, i ricercatori devono sottoporli a una complessa analisi statistica ed elaborarli con modelli al computer.

Ciclo regolare di undici anni

Questo approccio ha permesso ai ricercatori di ricostruire l'attività solare dal 969 al 1933 senza lacune. Ciò ha permesso di confermare sia la regolarità del ciclo undecennale nell'arco di un millennio, sia il fatto che l'ampiezza di questo ciclo (cioè la forza della deviazione verso l'alto e verso il basso dell'attività solare) è minore durante i minimi solari di lunga durata. Questi risultati sono importanti per una migliore comprensione delle dinamiche interne del Sole. I dati di misurazione hanno anche permesso di confermare l'evento solare con protoni energetici dell'anno 993. In questo caso, i protoni fortemente accelerati che viaggiano verso la Terra durante un brillamento solare portano a una leggera sovrapproduzione di C14. Inoltre, il team di ricerca ha trovato prove di altri due eventi precedentemente sconosciuti, avvenuti nel 1052 e nel 1279, che potrebbero indicare che tali eventi - che possono disturbare gravemente i circuiti elettronici sulla Terra e nei satelliti - si verificano più frequentemente di quanto si pensasse.

Datazione più precisa con il metodo C14

Poiché esistono archivi di anelli di alberi per gli ultimi 14.000 anni, i ricercatori intendono presto utilizzare il loro metodo per determinare le concentrazioni annuali di C14 fino alla fine dell'ultima era glaciale. Come bonus, i dati del nuovo studio potranno essere utilizzati in futuro per una datazione molto più precisa dei materiali organici con il metodo del C14 e sono già stati incorporati nella nuova edizione delle curve di calibrazione del radiocarbonio (IntCal), riconosciute a livello internazionale. "In precedenza, l'ETH non aveva partecipato a questo database di riferimento", afferma Lukas Wacker, "ma ora, con i nostri risultati, abbiamo contribuito a un terzo dei valori misurati in un colpo solo".