인간은 종종 밤하늘을 올려다볼 때 오로라의 광채에 매료되지만, 지구 자기장의 보호 우산 밖에서는 태양 활동이 극도로 치명적일 수 있습니다. 강력한 플레어와 고에너지 하전 입자 폭발은 우주비행사와 우주선에 치명적인 위협을 가하기에 충분합니다. 최근 일본 오키나와 과학 기술 연구소(OIST) 연구팀은 나무 나이테의 탄소 동위원소에 대한 정확한 측정치를 중세 문서 기록과 결합하여 서기 1200년에서 1201년 사이에 발생한 태양 양성자 사건을 성공적으로 식별했으며, 이를 통해 과거 태양 활동을 재구성하고 미래 우주 일기예보를 개선하기 위한 핵심 단서를 제공했습니다.

소위 태양 양성자 사건(SPE)은 태양이 격렬한 폭발 중에 지구를 향해 고에너지 양성자와 기타 입자를 방출하는 것을 말합니다. 이 입자들은 빛의 속도의 거의 90%에 달하는 속도로 지구를 향해 날아갈 수 있습니다. 1972년에 태양은 아폴로 16호와 아폴로 17호 임무 사이에 그러한 사건을 여러 번 경험했습니다. 당시 우주비행사가 심우주에서 임무를 수행하고 있었다면 효과적인 차폐가 이루어지지 않은 채 치명적인 방사선량에 노출되었을 가능성이 높습니다. 유인 달 착륙과 보다 광범위한 유인 우주 비행 프로그램이 다시 의제로 다시 제기됨에 따라 이러한 "갑작스런 태양 폭풍"의 위험을 식별하고 평가하는 방법이 점점 더 중요해지고 있습니다.

OIST 연구팀은 이번에 새로운 '학제간 증거 수집' 방법을 채택했습니다. 한편으로는 일본 혼슈 북부 아오모리현 시모키타 반도에서 발굴된 매장 편백나무(아스나로) 목재 샘플을 선택하고 매년 탄소 14 함량에 대한 고정밀 측정을 수행했습니다. 한편, 그들은 중세 일본 귀족 후지와라 사다이에(Fujiwara Sadaie)의 일기 "메이게츠키(Meigetsuki)"와 같은 시기 중국 역사 자료의 오로라 기록에 의존하여 강한 태양 활동이 의심되는 기간을 고정한 다음 나무 나이테 데이터에서 이상 현상을 찾기 위해 "매치 포인트(Match Point)"를 찾았습니다.

탄소-14는 고에너지 입자가 지구 대기에 충돌할 때 생성되는 방사성 탄소 동위원소입니다. 대기 순환을 통해 식물에 들어가 그 해의 나이테에 고정되는데, 이는 그 해의 우주선과 태양 활동에 '부정을 남기는 것'과 같다. 과거에 과학자들은 이 방법을 사용하여 약 10,000년의 시간 규모로 태양 활동의 역사를 재구성했습니다. 그러나 약간 더 낮은 강도와 ​​더 높은 주파수로 "준극한" 태양 양성자 현상을 포착하려면 극도로 높은 측정 정확도와 가능한 한 좁은 시간 검색 창이 필요합니다.

이것은 역사적 문서가 작용하는 곳입니다. 후지와라 사다케(1162~1241)는 1204년 2월 교토에서 "북쪽 하늘에 붉은 빛이 나타나는 것"을 보았다고 일기에 기록했습니다. 태양 양성자 사건 자체는 직접적으로 오로라를 생성하지는 않지만 종종 오로라를 자극할 수 있는 강력한 태양 활동을 동반합니다. 이 기록은 연구팀에게 중요한 단서를 제공합니다. 이를 바탕으로 그들은 집중 테스트를 위해 인접한 연도의 나이테 샘플을 선택했고 마침내 1200년 겨울과 1201년 봄 사이에 탄소-14의 상당한 비정상적 증가를 발견했는데, 이는 그 당시 "극한 이하" 강도의 태양 양성자 사건이 발생했음을 나타냅니다.

연구팀은 연도를 더 정확히 파악하고 상관관계를 검증하기 위해 연륜연대학과 연륜기후학 기법을 활용해 나이테 폭과 기후 패턴의 비교 분석을 통해 사건의 시간 경계를 세분화했다. 일본 문서 외에도 같은 시기 중국 역사서에는 저위도 적색 오로라에 대한 기록이 드물다. 이는 나무 나이테의 탄소-14 이상 현상이 나타내는 기간과 매우 일치하며, 이는 이 태양 사건의 존재를 더욱 뒷받침합니다.

OIST 태양-지구 환경 및 기후 연구 부서의 연구 책임자인 Yuko Miyahara 교수는 역사적 태양 양성자 사건에 대한 이전 연구는 극소수의 "슈퍼 이벤트"에 초점을 맞추었으며 이 작업의 중요성은 보다 일반적이지만 여전히 해로운 "준극단" 이벤트를 식별하기 위한 방법론적 기반을 제공하는 것이라고 지적했습니다. 이러한 사건의 에너지는 알려진 가장 극단적인 사건의 약 10~30%입니다. 전 세계적인 재난을 일으키지는 않더라도 궤도를 도는 위성, 심우주 임무, 미래 달 기지의 안전에 심각한 문제를 야기하기에 충분합니다.

연구팀은 고정밀 탄소-14 측정을 통해 특정 태양 양성자 현상을 포착했을 뿐만 아니라 서기 1190년부터 1220년까지의 태양 활동 주기의 세부 사항을 재구성했습니다. 분석 결과, 오늘날의 태양 활동 주기가 약 11년인 것과 달리 당시의 태양 주기는 약 7~8년에 불과하고 극도로 활동적인 단계에 있었던 것으로 나타났습니다. 이번에 확인된 태양 양성자 사건은 주기 중 하나의 최고 단계에서 발생했습니다. 이 결과는 다양한 기간의 태양 활동 패턴을 이해하는 데 중요한 증거를 제공합니다.

미야하라 교수는 탄소-14 데이터만으로는 태양의 움직임을 완전히 복원하기에는 충분하지 않으며, 역사적 문서에 있는 흑점 및 오로라 관측 기록과 상호 확증되어야 한다고 강조했습니다. 그녀는 나이테 데이터와 문헌 기록의 포괄적인 비교를 통해 연구자들이 태양 활동의 시기를 더 정확하게 재구성할 수 있으며 이를 통해 극한 우주 기상 현상을 일으키는 조건과 특성을 더 잘 이해할 수 있다고 지적했습니다. 예를 들어, 재구성 결과는 이 태양 양성자 사건이 태양 활동이 최고조에 달했을 때 발생했음에도 불구하고 역사상 일부 오래 지속되는 저위도 오로라가 재구성 주기의 바닥 근처에 떨어진 것으로 보인다는 것을 보여줍니다. 이 "비정상적인" 현상은 태양이 최소 기간 동안 다양한 메커니즘을 통해 특별한 우주 기상 현상을 유발할 수도 있음을 의미합니다.