Os humanos são frequentemente atraídos pelo esplendor da aurora quando olham para o céu noturno, mas fora do guarda-chuva protetor do campo magnético da Terra, a atividade solar pode ser extremamente letal. Fortes explosões e erupções de partículas carregadas de alta energia são suficientes para representar ameaças fatais aos astronautas e às naves espaciais. Recentemente, uma equipa de investigação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão, identificou com sucesso um evento de protões solares que ocorreu entre 1200 e 1201 dC, combinando medições precisas de isótopos de carbono em anéis de árvores com registos de documentos medievais, fornecendo pistas importantes para reconstruir a actividade solar passada e melhorar as previsões meteorológicas espaciais futuras.
Os chamados Eventos Solares de Prótons (SPE) referem-se à ejeção do Sol de prótons de alta energia e outras partículas em direção à Terra durante uma explosão violenta. Essas partículas podem voar em direção à Terra a velocidades de até quase 90% da velocidade da luz. Em 1972, o Sol passou por vários eventos desse tipo entre as missões Apollo 16 e Apollo 17. Se os astronautas estivessem realizando missões no espaço profundo naquela época, provavelmente teriam encontrado doses fatais de radiação na ausência de uma proteção eficaz. À medida que as aterragens tripuladas na Lua e os programas de voos espaciais tripulados de maior alcance são colocados de volta na agenda, a forma de identificar e avaliar os riscos de tais "tempestades solares súbitas" tornou-se cada vez mais importante.
A equipe de pesquisa do OIST adotou um novo método de "coleta de evidências interdisciplinares" desta vez: por um lado, eles selecionaram amostras enterradas de madeira de cipreste Hinoki (asunaro) desenterradas na Península de Shimokita na província de Aomori, norte de Honshu, Japão, e realizaram medições de alta precisão do conteúdo de carbono 14 nelas ano após ano; por outro lado, eles confiaram no diário "Meigetsuki" do aristocrata japonês medieval Fujiwara Sadaie e nos registros de auroras em materiais históricos chineses do mesmo período para registrar períodos de suspeita de forte atividade solar e, em seguida, "pontos de partida" para procurar anomalias nos dados dos anéis das árvores.
O carbono-14 é um isótopo radioativo de carbono gerado quando partículas de alta energia bombardeiam a atmosfera terrestre. Ele entra nas plantas com circulação atmosférica e se fixa nos anéis das árvores daquele ano, o que equivale a “deixar um negativo” para os raios cósmicos e a atividade solar daquele ano. No passado, os cientistas usaram este método para reconstruir a história da atividade solar numa escala de tempo de cerca de 10.000 anos. No entanto, capturar eventos de prótons solares "subextremos" com intensidade ligeiramente menor e frequência mais alta requer uma precisão de medição extremamente alta e uma janela de busca de tempo tão estreita quanto possível.
É aqui que os documentos históricos entram em jogo. Fujiwara Sadake (1162–1241) registrou em seu diário que em fevereiro de 1204 DC, ele viu "uma luz vermelha aparecendo no céu do norte" em Kyoto. Embora os eventos de prótons solares em si não produzam auroras diretamente, eles são frequentemente acompanhados por uma forte atividade solar que pode estimular auroras. Este registro fornece pistas importantes para a equipe de pesquisa. Com base nisso, eles selecionaram amostras de anéis de árvores de anos adjacentes para testes específicos e finalmente descobriram um aumento anormal significativo no carbono-14 entre o inverno de 1200 e a primavera de 1201, indicando que um evento de prótons solares de intensidade “sub-extrema” ocorreu naquela época.
A fim de identificar melhor o ano e verificar a correlação, a equipa também utilizou técnicas de dendrocronologia e dendroclimatologia para refinar os limites temporais do evento através de análises comparativas da largura dos anéis das árvores e dos padrões climáticos. Além dos documentos japoneses, também há registros raros de auroras vermelhas de baixa latitude nos livros de história chineses do mesmo período. Isto é altamente consistente com o período de tempo indicado pelas anomalias do carbono-14 nos anéis das árvores, apoiando ainda mais a existência deste evento solar.
O líder da pesquisa, Professor Yuko Miyahara, da Unidade de Pesquisa Ambiental e Climática da Terra Solar do OIST, apontou que pesquisas anteriores sobre eventos históricos de prótons solares se concentraram em um número muito pequeno de "supereventos", e o significado deste trabalho é fornecer uma base metodológica para identificar eventos "subextremos" mais comuns, mas ainda obviamente prejudiciais. A energia de tais eventos é de cerca de 10% a 30% dos eventos mais extremos conhecidos. Embora não cause um desastre global, é suficiente para colocar graves desafios à segurança dos satélites em órbita, das missões no espaço profundo e das futuras bases lunares.
Através de medições de carbono-14 de alta precisão, a equipa de investigação não só detectou um evento específico de protões solares, mas também reconstruiu os detalhes do ciclo de actividade solar de cerca de 1190 a 1220 DC. A análise mostra que, ao contrário do atual ciclo de atividade solar de cerca de 11 anos, o ciclo solar naquela época durava apenas cerca de 7 a 8 anos e estava em um estágio extremamente ativo. O evento do próton solar identificado desta vez ocorreu no estágio de pico de um dos ciclos. Este resultado fornece evidências importantes para a compreensão dos padrões de atividade solar em diferentes períodos.
O Professor Miyahara enfatizou que os dados do carbono-14 por si só não são suficientes para restaurar completamente o comportamento do Sol, e devem ser mutuamente corroborados com registros de manchas solares e observação de auroras em documentos históricos. Ela destacou que, através de uma comparação abrangente de dados de anéis de árvores e registros da literatura, os pesquisadores podem reconstruir com mais precisão o tempo da atividade solar e, assim, compreender melhor as condições e características que produzem eventos climáticos espaciais extremos. Por exemplo, os resultados da reconstrução mostram que, embora este evento de protões solares tenha ocorrido no pico da actividade solar, algumas auroras de baixa latitude de longa duração na história parecem ter caído perto do final dos seus ciclos de reconstrução. Este fenómeno “anormal” implica que o Sol também pode desencadear eventos climáticos espaciais especiais através de diferentes mecanismos durante o período mínimo.