Những cây cổ nhất thế giới tiết lộ cơn bão mặt trời lớn nhất trong lịch sử

Bão mặt trời

Trong khi nhân loại phải đối mặt với nhiều vấn đề trên Trái đất - chiến tranh, bất ổn chính trị, đại dịch đang diễn ra, tất cả cùng với các cuộc khủng hoảng năng lượng, khí hậu và nước - thì điều quan trọng cần nhớ là vũ trụ vẫn luôn hoạt động không ngừng nghỉ.

Cây tuyết tùng Nhật Bản có thể sống đến hàng nghìn năm tuổi và lưu trữ lịch sử. Ảnh: Bigthink.

Trong khi động đất, lốc xoáy, núi lửa, bão và các thảm họa thiên nhiên khác chưa hoàn toàn chấm dứt trong thời gian chờ đợi, có một mối đe dọa tiềm tàng mà chúng ta hoàn toàn không chuẩn bị: một cơn bão mặt trời.

Nếu không có bất kỳ biện pháp giảm thiểu nào, các vụ cháy điện lan rộng và sự cố trạm điện có thể dẫn đến thiệt hại hàng nghìn tỷ USD, ảnh hưởng đến cuộc sống của hàng tỷ người trên khắp Trái đất.

Trong lịch sử, sự kiện bão mặt trời lớn nhất được ghi lại xảy ra vào năm 1859: sự kiện Carrington. Nhưng hơn một thiên niên kỷ trước đó, một sự kiện vũ trụ thậm chí còn mạnh hơn đã xảy ra trên Trái đất. Chúng ta biết điều này bởi vì, trong những năm kéo dài từ 774-775, đã có sự gia tăng đột biến về sự hiện diện của carbon-14 trong bầu khí quyển Trái đất, và bằng chứng được tìm thấy trong các vành cây trên khắp thế giới.

Sau một thập kỷ điều tra các nguyên nhân có thể gây ra sự tăng đột biến này, kết luận rằng Mặt trời chính là nguyên nhân. Một cơn bão mặt trời từ hơn 1200 năm trước có thể là cơn bão mạnh nhất từng được ghi lại trong lịch sử tự nhiên.

Một tia sáng từ Mặt trời, phóng vật chất vào Hệ Mặt trời, có thể kích hoạt các sự kiện như phóng khối lượng đăng quang. Ảnh: Bigthink.

Cây cối thường phát triển từ trong ra ngoài, tạo ra một bộ vòng mới trong thân của chúng mỗi năm trôi qua. Đặc biệt, 3000 năm qua đã được ghi chép lại một cách đặc biệt nhờ vào bộ dữ liệu mang tính bước ngoặt được tổng hợp từ dữ liệu vòng cây trải dài trên toàn cầu.

Carbon là một trong những nguyên tố quan trọng nhất được tìm thấy trong tất cả các chất hữu cơ, có nguồn gốc từ không khí (đối với hầu hết các loài thực vật) hoặc từ vật chất có nguồn gốc carbon (được hầu hết các loài động vật) tiêu thụ để làm thực phẩm. Carbon có ba loại: carbon-12 (chiếm phần lớn carbon trong tự nhiên), carbon-13 (đại diện cho khoảng 1,1% carbon tự nhiên) và carbon-14 (một chất phóng xạ, có chu kỳ bán rã khoảng 5700 năm).

Nếu nguồn carbon duy nhất là vật chất mà Trái đất ban đầu hình thành từ khoảng 4,5 tỷ năm trước, thì sẽ không có carbon-14, vì chúng sẽ bị phân hủy hết. Nhưng có carbon-14 trên Trái đất, và cho đến tận thế kỷ 20, chúng ta vẫn chưa tìm ra lý do tại sao: bởi vì Trái đất liên tục bị bắn phá bởi các hạt năng lượng cao từ không gian.

Một sự kiện Mặt trời phát xạ tương đối điển hình. Ảnh: Bigthink.

Từ tất cả các loại nguồn vũ trụ - các ngôi sao (bao gồm cả Mặt trời), sao lùn trắng, sao neutron, hố đen và thậm chí các thiên hà ngoài Dải Ngân hà - các hạt năng lượng cao được phát ra, và một số trong số chúng va chạm với bầu khí quyển của Trái đất.

Neutron, khi nói đến carbon-14, là tất cả sự quan trọng. Phần lớn bầu khí quyển của Trái đất (78%) được tạo thành từ khí nitơ: một phân tử tảo cát có chứa hai nguyên tử nitơ mỗi chiếc.

Từ khi được tạo ra cho đến khi phân hủy, mỗi nguyên tử carbon-14 sẽ hoạt động giống như những người anh em họ ổn định của nó là carbon-12 và carbon-13. Nó dễ dàng tạo thành carbon dioxide trong bầu khí quyển của chúng ta, và được trộn lẫn trong bầu khí quyển và đại dương. Nó được kết hợp vào tất cả các sinh vật sống chính xác như bất kỳ dạng carbon nào khác, cho đến khi đạt được nồng độ cân bằng với môi trường xung quanh.

Chỉ khi một sinh vật chết - hoặc, trong trường hợp sinh vật như cây cối, vòng hàng năm / theo mùa của nó được hình thành đầy đủ - thì không có carbon-14 mới nào có thể xâm nhập vào nó. Tại thời điểm đó, lượng carbon-14 bên trong nó là tối đa, và từ đây trở đi, nó sẽ phân hủy như mong đợi: theo cấp số nhân và theo xác suất, với chu kỳ bán rã tổng thể là khoảng 5700 năm.

‘Cây thánh giá màu đỏ trên trời’

Đó là lý do tại sao việc đo vòng cây - và đặc biệt, phép đo vòng cây ở những cây tuyết tùng Nhật Bản sống trong những năm 774-775 - đã gây nên một cú sốc khoa học khi phân tích chúng. Trong 3.000 năm qua, chỉ có bốn giai đoạn ngắn ngủi mà hàm lượng carbon-14 của cây cối tăng hơn 3% trong khoảng thời gian của một thập kỷ.

Nhiều cây, được tìm thấy trên khắp thế giới, đã hàng nghìn năm tuổi. Ảnh: CNN.

Một trong số đó là gần đây: vào thế kỷ 20, nguyên nhân là do vụ nổ vũ khí hạt nhân đầu tiên trên thế giới.

Hai trong số chúng có độ lớn tương đối thấp và do đó không phải là thứ tốt nhất để phân tích.

Nhưng một sự chuyển đổi như vậy đã xảy ra đột ngột và với cường độ cực kỳ lớn. Từ năm 774 đến năm 775, hàm lượng carbon-14 đã tăng đáng kinh ngạc 12%, và tất cả đều như vậy cùng một lúc.

Sự “tăng đột biến” này lớn gấp khoảng 20 lần so với bất kỳ biến thể tự nhiên nào khác được thấy xảy ra theo khoảng thời gian hàng năm và nhanh chóng được xác nhận là tồn tại ở những nơi khác trên thế giới. Các cây khác từ khắp nơi trên thế giới, bao gồm cả ở Đức, Nga, New Zealand và thậm chí cả Bắc Mỹ cũng cho thấy mức tăng đột biến tương tự, cho thấy mức tăng đột biến carbon-14 là một hiện tượng trên toàn thế giới.

Nhưng khi cộng tất cả chúng lại với nhau, một sự kiện mặt trời là kết luận hợp lý duy nhất.

Các tia vũ trụ, là các hạt năng lượng cực cao có nguồn gốc từ khắp nơi trong Vũ trụ, bao gồm cả Mặt trời, tấn công các hạt nhân nguyên tử ở tầng trên của bầu khí quyển và tạo ra các trận mưa hạt mới. Ảnh: Bigthink.

Trong lịch sử, một “cây thánh giá màu đỏ trên trời” đã được ghi lại trong Biên niên sử Anglo-Saxon năm 774, có thể ám chỉ một siêu tân tinh (mặc dù không có tàn tích nào được tìm thấy) hoặc một sự kiện cực quang.

Gần như chính xác vào cùng thời điểm, vào năm 775, các nhà quan sát Trung Quốc cho biết đã nhìn thấy một "cơn giông" dị thường, được nhiều người nghi ngờ là ám chỉ một sự kiện cực quang ở xích đạo, vì chưa từng có "cơn giông" nào như vậy được báo cáo trước đây.

Trong khi đó, dữ liệu vòng cây khoa học có thể được kết hợp với dữ liệu lõi băng được phục hồi từ Nam Cực. Trong khi các vành đai cây cho thấy mức tăng đột biến carbon-14 từ 774 lên 775, dữ liệu lõi băng cho thấy mức tăng đột biến tương ứng trong phóng xạ berili-10 và clo-36, cho thấy mối liên hệ với sự kiện mạnh mẽ, năng lượng của các hạt mặt trời,

2 lần tăng đột biến khác được ghi lại trong 3000 năm qua cũng tương ứng với các sự kiện tiềm năng về hoạt động mặt trời: một từ năm 993 đến năm 994, và một từ cách đây khoảng 660 năm trước Công nguyên.

Tất cả 3 sự kiện này có thể được thống nhất bởi một nguyên nhân chung: sự phóng nhanh các proton khỏi Mặt trời. Các vụ nổ tia gamma và siêu tân tinh không tạo ra đủ proton, vì vậy những lời giải thích đó bị phản đối.

Các sự kiện không nhìn thấy được về mặt quang học, như pháo sáng vũ trụ ngoài thiên hà hoặc phản lực của lỗ đen, sẽ không tạo ra các quan sát lịch sử trùng hợp, và vì vậy những sự kiện đó cũng bị bác bỏ. Lựa chọn duy nhất giải thích tất cả các quan sát cùng nhau là một cơn bão mặt trời.

Vào tháng 2/2021, ước tính có khoảng 4,4 triệu người dân Texas bị mất điện do một cơn bão mùa đông. Ảnh: Rex.

Trong khi sự kiện Carrington là ngọn lửa mặt trời mạnh nhất từng được ghi nhận trong thời hiện đại, một phân tích đầy đủ dữ liệu cho thấy rằng sự kiện năm 774-775 này, từ hơn 1200 năm trước, có thể mạnh hơn hoặc thậm chí hơn 10 lần.

Mặc dù dữ liệu tồi tệ hơn nhiều, nhưng có bằng chứng mới vừa được công bố trong năm nay cho thấy một cơn bão mặt trời từ khoảng 9200 năm trước có thể thậm chí còn mạnh hơn sự kiện năm 774-775.

Trừ khi chúng ta chuẩn bị lưới điện, hệ thống phân phối năng lượng, cơ sở hạ tầng không gian của chúng ta và các công dân trên Trái đất để sẵn sàng cho một ngày không thể tránh khỏi khi một ngọn lửa như vậy tấn công loài người, hành tinh này sẽ phải trả giá thảm khốc cùng một lúc. Nếu không, khi bão mặt trời xảy ra, con đường duy nhất của chúng ta sẽ là nhặt những mảnh vỡ của nền văn minh còn sót lại và nếu có thể, chúng ta sẽ cố gắng xây dựng lại.

Mai Nguyễn (Theo BigThink)