Troncos de árvores ajudam compreender os ciclos solares dos últimos mil anos

Por Daniele Cavalcante | 28 de Janeiro de 2021 às 18h00
ISAS/JAXA

O Sol já brilhava no céu de nosso planeta muito antes de a humanidade existir, mas só agora, após algumas centenas de milhares de anos, estamos começando a entendê-lo. Descobrimos coisas como a radiação solar e alguns perigos que as tempestades solares podem representar ao nosso atual estilo de vida tecnológico. E ainda estamos tentando compreender os diversos tipos de ciclos solares, mas temos bons aliados: as árvores.

A cada ano, as árvores depositam uma camada de madeira, que podemos ver ao cortar um tronco. Os anéis que observamos na madeira são uma espécie de registro histórico do crescimento daquela árvore. Ali, os cientistas podem estudar coisas como a atividade solar durante cada ano que a planta registrou, ou até mesmo os efeitos causados por supernovas que explodiram em outras galáxias. Se todos os anéis de um tronco forem analisados, é possível obter uma imagem precisa dos ciclos solares de 11 anos correspondentes à idade da árvore.

Foi essa a abordagem utilizada por um estudo conduzido por uma equipe de pesquisadores liderada por Hans-Arno Synal e Lukas Wacker, do Laboratory of Ion Beam Physics at ETH Zurich. Analisando árvores da Inglaterra e da Suíça, eles conseguiram rastrear os ciclos solares até o ano 969. Para isso, eles mediram as concentrações de carbono nos anéis dessas plantas. O estudo foi publicado na revista Nature Geoscience.

Esta imagem representa duas fases do ciclo de 11 anos. Durante o mínimo solar (à esquerda), nenhum ponto é visto, enquanto no máximo solar (à direita) a face do Sol está repleta de manchas solares (Imagens: Reprdução/NASA/SDO/Joy Ng)

Este ciclo solar é conhecido como ciclo de Schwabe. Corresponde a uma série de fenômenos que ocorrem no Sol em intervalos médios de 11 anos, podendo chegar a até 13 anos, aproximadamente. Dentro desse período, a estrela passa por algumas fases, tais como o tempo de menor atividade solar — chamado de mínimo solar — e o de maior atividade — o máximo solar. Quanto maior a atividade, mais manchas solares aparecem. Monitorar esses ciclos é de extrema importância para compreender como eles funcionam.

Porém, existem outros ciclos solares. Os próprios ciclos de Schwabe fazem parte de algo maior, e os cientistas querem entender como tudo isso funciona. Para isso, eles devem analisar os registros que o Sol deixou ao longo dos últimos séculos e buscar por padrões de repetição na atividade solar. Como árvores podem viver por muito tempo, o registro em seus troncos são de grande importância para essa pesquisa.

Cada anel na madeira contém uma pequena quantidade de carbono radioativo. Bem pouquinho mesmo, cerca de um átomo de carbono 14 (C14, ou radiocarbono, um isótopo radioativo natural com dois nêutrons a mais no seu núcleo em relação ao isótopo estável de carbono) para cada 1000 bilhões de átomos na amostra do tronco. Mas é o suficiente para calcular a concentração de átomos do C14 na atmosfera quando cada anel cresceu.

Curiosamente — e de modo fascinante — esse isótopo radioativo encontrado nos anéis das árvores não vieram do Sol, mas sim de raios cósmicos que viajaram de fora do nosso Sistema Solar e chegaram à Terra. O campo magnético do Sol ajuda a evitar que esses raios cheguem até nós, ou seja, quanto mais poderoso estiver o campo magnético solar, menos C14 entrarão na atmosfera terrestre. Isso significa menos C14 absorvidos nas árvores. Um anel de tronco com maiores quantidades de C14 representa um ano em que houve menor atividade solar — e vice-versa.

A ideia de rastear a atividade solar ao longo dos últimos séculos através das árvores não é exatamente nova. Mas o método para analisar os troncos, este sim é um tanto inovador. É que nas décadas de 1980 e 1990, houve algumas tentativas de se analisar o isótopo de carbono na madeira com um contador Geiger, o que tornava o estudo muito lento e caro. O novo método é através da espectrometria de massas com aceleradores.

Uma mancha solar vista de perto (Imagem: Reprodução/NSO/AURA/NSF)

Como resultado, a equipe conseguiu não apenas rastrear toda a atividade do Sol desde o ano de 969 até o ano 1933, confirmando a consistência do ciclo de Schwabe, como também mostrar que a amplitude desse ciclo — o quanto a atividade solar sobe e desce — é menor durante os mínimos solares de longa duração. Os cientistas também confirmaram um evento no ano de 993, já discutido no meio científico. Naquele ano, houve um pico no C14 atmosférico, devido à aceleração dos prótons emitidos pelo Sol de modo que sejam capazes de penetrar no campo magnético da Terra. As evidências do novo estudo a respeito desse evento poderão tirar dúvidas de outras equipes científicas.

Evidências de outros eventos de aceleração de prótons foram encontrados nessa pesquisa, um em 1052 e outro em 1279. Esta é a primeira vez que esses eventos foram detectados, e isso pode ser um indício de que esse tipo de fenômeno ocorre com mais frequência do que se imagina. Como já foi dito, a humanidade ainda está tentando aprender como os ciclos solares funcionam, e podemos encontrar surpresas como essa com maior frequência conforme os estudos avançam.

Esses eventos de prótons são de grande interesse científico porque podem representar um perigo para os equipamentos eletrônicos da Terra, aos satélites e até mesmo aos astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional. Se pudermos aprender a prever eventos perigosos dias antes de ocorrerem, as autoridades terão tempo o suficiente para acionar modos de proteção de equipamentos antes que alguma catástrofe ocorra. Com a madeira sendo grande aliada, os pesquisadores esperam usar vigas antigas encontradas em edifícios antigos, como a Catedral de St Albans, no Reino Unido.

Fonte: Science Alert

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