Les humains sont souvent attirés par la splendeur des aurores lorsqu’ils regardent le ciel nocturne, mais en dehors du champ protecteur du champ magnétique terrestre, l’activité solaire peut être extrêmement mortelle. De fortes éruptions et des éruptions de particules chargées à haute énergie suffisent à constituer des menaces mortelles pour les astronautes et les engins spatiaux. Récemment, une équipe de recherche de l'Institut des sciences et technologies d'Okinawa (OIST) au Japon a réussi à identifier un événement de protons solaires survenu entre 1200 et 1201 après JC en combinant des mesures précises des isotopes de carbone dans les cernes des arbres avec des documents médiévaux, fournissant des indices clés pour reconstruire l'activité solaire passée et améliorer les futures prévisions météorologiques spatiales.

Les événements dits de protons solaires (SPE) font référence au soleil qui éjecte des protons de haute énergie et d'autres particules vers la terre lors d'une violente explosion. Ces particules peuvent voler vers la Terre à des vitesses pouvant atteindre près de 90 % de la vitesse de la lumière. En 1972, le Soleil a connu plusieurs événements de ce type entre les missions Apollo 16 et Apollo 17. Si les astronautes effectuaient des missions dans l’espace lointain à cette époque, ils auraient probablement été confrontés à des doses mortelles de rayonnement en l’absence d’une protection efficace. Alors que les alunissages habités et les programmes de vols spatiaux habités de plus grande envergure sont remis à l'ordre du jour, la manière d'identifier et d'évaluer les risques de telles « tempêtes solaires soudaines » devient de plus en plus importante.

L'équipe de recherche de l'OIST a adopté cette fois une nouvelle méthode de « collecte de preuves interdisciplinaires » : d'une part, ils ont sélectionné des échantillons de bois de cyprès Hinoki (asunaro) enfouis découverts dans la péninsule de Shimokita, dans la préfecture d'Aomori, dans le nord de Honshu, au Japon, et ont effectué des mesures de haute précision de la teneur en carbone 14 d'année en année ; d'autre part, ils se sont appuyés sur le journal "Meigetsuki" de l'aristocrate japonais médiéval Fujiwara Sadaie et sur les enregistrements d'aurores dans des matériaux historiques chinois de la même période pour verrouiller les périodes de forte activité solaire suspectée, puis "faire correspondre les points" pour rechercher des anomalies dans les données des cernes des arbres.

Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone généré lorsque des particules à haute énergie bombardent l'atmosphère terrestre. Il pénètre dans les plantes à circulation atmosphérique et se fixe dans les cernes des arbres de cette année-là, ce qui équivaut à « laisser un négatif » pour les rayons cosmiques et l'activité solaire de cette année-là. Dans le passé, les scientifiques ont utilisé cette méthode pour reconstituer l’histoire de l’activité solaire sur une échelle de temps d’environ 10 000 ans. Cependant, pour capturer des événements de protons solaires « sub-extrêmes » avec une intensité légèrement inférieure et une fréquence plus élevée, il faut à la fois une précision de mesure extrêmement élevée et une fenêtre de recherche temporelle aussi étroite que possible.

C’est là que les documents historiques entrent en jeu. Fujiwara Sadake (1162-1241) a enregistré dans son journal qu'en février 1204 après JC, il a vu « une lumière rouge apparaître dans le ciel du nord » à Kyoto. Bien que les événements de protons solaires eux-mêmes ne produisent pas directement d’aurores, ils sont souvent accompagnés d’une forte activité solaire qui peut stimuler les aurores. Ce dossier fournit des indices clés à l’équipe de recherche. Sur cette base, ils ont sélectionné des échantillons de cernes d'arbres d'années adjacentes pour des tests ciblés et ont finalement découvert une augmentation anormale significative du carbone 14 entre l'hiver 1200 et le printemps 1201, indiquant qu'un événement de protons solaires d'intensité « sub-extrême » s'est produit à ce moment-là.

Afin de mieux identifier l'année et de vérifier la corrélation, l'équipe a également utilisé des techniques de dendrochronologie et de dendroclimatologie pour affiner les limites temporelles de l'événement grâce à une analyse comparative de la largeur des cernes des arbres et des modèles climatiques. En plus des documents japonais, il existe également de rares mentions d'aurores rouges à basse latitude dans les livres d'histoire chinois de la même période. Ceci est tout à fait cohérent avec la période indiquée par les anomalies de carbone 14 dans les cernes des arbres, confirmant ainsi l'existence de cet événement solaire.

Le professeur Yuko Miyahara, directeur de recherche de l'unité de recherche sur l'environnement et le climat solaire-terrestre de l'OIST, a souligné que les recherches antérieures sur les événements historiques de protons solaires se concentraient sur un très petit nombre de « super événements », et que l'importance de ce travail est de fournir une base méthodologique pour identifier des événements « sub-extrêmes » plus courants mais toujours évidemment nocifs. L’énergie de tels événements représente environ 10 à 30 % de celle des événements les plus extrêmes connus. Même si cela ne provoquera pas de catastrophe mondiale, cela suffira à poser de sérieux défis à la sécurité des satellites en orbite, des missions dans l’espace lointain et des futures bases lunaires.

Grâce à des mesures de haute précision du carbone 14, l’équipe de recherche a non seulement identifié un événement spécifique de protons solaires, mais a également reconstruit les détails du cycle d’activité solaire d’environ 1190 à 1220 après JC. L'analyse montre que, contrairement au cycle d'activité solaire actuel d'environ 11 ans, le cycle solaire à cette époque ne durait qu'environ 7 à 8 ans et qu'il était dans une phase extrêmement active. L’événement de protons solaires identifié cette fois-ci s’est produit au sommet de l’un des cycles. Ce résultat fournit des preuves importantes pour comprendre les modèles d’activité du soleil à différentes périodes.

Le professeur Miyahara a souligné que les données sur le carbone 14 ne suffisent pas à elles seules à restaurer complètement le comportement du soleil et doivent être mutuellement corroborées avec les enregistrements d'observations de taches solaires et d'aurores dans les documents historiques. Elle a souligné que grâce à une comparaison complète des données sur les cernes des arbres et des documents publiés, les chercheurs peuvent reconstruire plus précisément le moment de l'activité solaire et ainsi mieux comprendre les conditions et les caractéristiques qui produisent des événements météorologiques spatiaux extrêmes. Par exemple, les résultats de la reconstruction montrent que, même si cet événement de protons solaires s'est produit au plus fort de l'activité solaire, certaines aurores de basse latitude de l'histoire semblent être tombées près du bas de leur cycle de reconstruction. Ce phénomène « anormal » implique que le soleil peut également déclencher des événements météorologiques spatiaux spéciaux par différents mécanismes pendant la période minimale.