Et internasjonalt forskerteam har analysert en av de eldste nøyaktig daterte beskrivelsene av en total solformørkelse. Ved å kombinere historiske kilder, arkeologiske funn og moderne astronomiske beregninger har forskerne rekonstruert hvordan formørkelsen 17. juli 709 før vår tidsregning så ut fra Qufu, den daværende hovedstaden i det kinesiske Lu-fyrstedømmet.

Studien, som er publisert i Astrophysical Journal Letters, gir mer presise grenser for hvor raskt jorda roterte på den tiden. Forskerne har også undersøkt en senere tekst som kan beskrive solkoronaen – solas svake ytre atmosfære, som kan ses med det blotte øye under en total solformørkelse.

En historisk måling måtte korrigeres

Formørkelsen ble observert ved hoffet i Lu og omtalt i Vår- og høstannalene, en historisk krønike som ble satt sammen omtrent 200 til 300 år etter hendelsen. Den opprinnelige beskrivelsen slo fast at «solen var helt formørket».

En annen beskrivelse finnes i Hanshu, eller Han-boken. Denne teksten ble skrevet rundt sju hundre år etter formørkelsen og inneholder et tillegg som kan vise til solkoronaen. Der beskrives den formørkede sola som «helt gul over og under».

«Det som gjør denne opptegnelsen spesiell, er ikke bare alderen, men også et senere tillegg i Hanshu, basert på et sitat skrevet sju hundre år etter formørkelsen. Det beskriver den formørkede sola som «helt gul over og under». Dette tillegget har tradisjonelt blitt knyttet til en beskrivelse av solkoronaen. Hvis det stemmer, er det en av de eldste bevarte skriftlige beskrivelsene av solkoronaen», sier hovedforfatter Hisashi Hayakawa, førsteamanuensis ved Nagoya-universitetets institutt for rom- og jordmiljøforskning og institutt for avansert forskning.

Da forskerne først beregnet formørkelsens bane ved hjelp av tidligere anslag for jordas rotasjon, tydet resultatene på at en total formørkelse ikke skulle ha vært synlig fra stedet der Lu-hoffet tidligere ble antatt å ha ligget i Qufu.

Forskjellen skyldtes en feil i byens geografiske koordinater. Ved å gå gjennom rapporter fra arkeologiske utgravninger og historisk geografisk materiale fant forskerne at tidligere beregninger hadde plassert det gamle Qufu rundt åtte kilometer fra den faktiske beliggenheten.

Den relativt lille korrigeringen gjorde det mulig å rekonstruere formørkelsen mer nøyaktig og hente ut ny informasjon om både jordas rotasjon og hvordan sola kan ha sett ut.

«Denne korrigeringen gjorde det mulig å måle jordas rotasjon nøyaktig under den totale formørkelsen, beregne retningen på solas rotasjonsakse og simulere hvordan koronaen så ut», forklarer Hayakawa.

Den eldste sikkert daterte totalformørkelsen

Hendelsen i 709 før vår tidsregning regnes som den tidligste uttrykkelige, skriftlige beskrivelsen av en total solformørkelse som kan dateres sikkert. Den kan også være knyttet til en av de eldste bevarte beskrivelsene av solkoronaen, men forskerne understreker at denne tolkningen er usikker fordi den aktuelle passasjen ble skrevet ned flere hundre år etter selve formørkelsen.

Det er derfor forskjell på sikkerheten i de to delene av materialet. Tidspunktet for formørkelsen gir et solid grunnlag for å undersøke jordas historiske rotasjon. Opplysningene om koronaen kan gi verdifull informasjon om tidligere solaktivitet, men kan ikke regnes som et endelig bevis.

At opptegnelsene likevel har overlevd, henger sammen med astronomiens betydning i oldtidens Kina. Under flere dynastier ble det ansatt spesialister for å følge med på himmelen. Uvanlige fenomener som formørkelser og nordlys ble ofte tolket som varsler om at keiseren hadde styrt feil eller handlet upassende.

Hoffastronomene dokumenterte derfor endringer på himmelen nøye. Opptegnelser som ble videreført gjennom flere dynastier, har senere blitt viktige historiske kilder for studier av gamle astronomiske hendelser.

Jorda roterte raskere for 2.700 år siden

Jorda roterer ikke med helt konstant hastighet. Over lange tidsrom har rotasjonen gradvis blitt langsommere, blant annet på grunn av friksjon knyttet til tidevannet som månen skaper gjennom gravitasjonen sin.

Det betyr at jorda roterte litt raskere for 2.700 år siden enn den gjør i dag. Med den reviderte plasseringen av Qufu kunne forskerne beregne jordas rotasjon i perioden fra 700- til 500-tallet før vår tidsregning med bedre presisjon.

For formørkelsen i 709 før vår tidsregning beregnet forskerne delta T (ΔT) til mellom 20.264 og 21.204 sekunder. ΔT brukes til å beskrive forskjellen mellom jordas faktiske rotasjon og en jevn tidsskala.

«Dette nye datasettet korrigerer koordinatfeil i tidligere studier av jordas rotasjon. I tillegg forbedrer det nøyaktigheten ved datering og rekonstruksjon av historiske astronomiske hendelser», sier medforfatter Mitsuru Sôma ved Japans nasjonale astronomiske observatorium.

Målingene kan hjelpe forskere med å forstå hvordan lengden på jorddøgnet har endret seg gjennom tusenvis av år. De kan også forbedre beregningene av når og hvor andre astronomiske hendelser i oldtiden var synlige.

Kan vise at sola våknet etter en rolig periode

Forskerne undersøkte også om den mulige koronaen kan fortelle noe om solas aktivitet. Tidligere har forskere rekonstruert gamle solsykluser ved å måle radioaktivt karbon i årringer. Beskrivelsen fra 709 før vår tidsregning kan gi et annet holdepunkt for å teste slike rekonstruksjoner.

«Dette unike historiske tillegget om den mulige strukturen i solkoronaen er avgjørende for å kunne sammenholde rekonstruksjoner av solaktivitet fra årringer og iskjerner, og for å gi en uavhengig validering av modeller for solaktivitet», sier medforfatter Mathew Owens, professor i romfysikk ved University of Reading.

Trær tar opp karbon fra atmosfæren gjennom fotosyntesen. En liten del av karbonet er radioaktivt karbon, og noe av dette blir lagret i de årlige vekstringene. Radioaktivt karbon påvirkes av kosmisk stråling som når jordas atmosfære. Når sola er mer aktiv, reduserer solas magnetiske påvirkning vanligvis mengden kosmisk stråling som når jorda, og dermed også produksjonen av radioaktivt karbon.

Ved å måle endringer i konsentrasjonen av radioaktivt karbon i påfølgende årringer kan forskere rekonstruere hvordan solaktiviteten varierte før moderne måleinstrumenter fantes.

Sola følger normalt en aktivitetssyklus på omtrent elleve år. I løpet av syklusen varierer både antallet solflekker og styrken på solas magnetiske aktivitet. Av og til går sola inn i langt lengre perioder med uvanlig lav aktivitet, såkalte store minima. Da blir solflekker svært sjeldne, og den vanlige syklusen blir langt mindre tydelig.

En slik periode, kjent som det nyassyriske minimumet eller Homer-minimumet, varte omtrent fra 808 til 717 før vår tidsregning. Formørkelsen i 709 før vår tidsregning fant sted kort tid etter at denne langvarige, rolige perioden var over.

Ifølge forskerne er den mulige beskrivelsen av solkoronaen forenlig med at sola hadde begynt å følge de vanlige aktivitetssyklusene igjen. Strukturen som beskrives, kan tyde på betydelig magnetisk aktivitet og at sola var nær toppen av den omtrent elleve år lange syklusen.

Tolkningen stemmer med tidligere rekonstruksjoner basert på radioaktivt karbon i årringer. Usikkerheten rundt den historiske beskrivelsen av koronaen innebærer likevel at den ikke kan regnes som et avgjørende bevis.

Gamle observasjoner gir nye data

Forskerne mener studien viser hvordan observasjoner som ble bevart i tusenvis av år, fortsatt kan brukes i moderne forskning. Historiske dokumenter, arkeologiske funn, geografiske analyser og astronomiske modeller kan sammen gi informasjon som ellers ikke ville vært mulig å måle direkte.

I dette tilfellet bidro en korrigering på bare åtte kilometer til å gjøre en gammel formørkelsesbeskrivelse til en mer presis kilde om jordas rotasjon – og til et mulig innblikk i solas aktivitet langt tilbake i tid.

«Noen av forfedrene våre var svært dyktige observatører. Når vi kombinerer de grundige opptegnelsene deres med moderne beregningsmetoder og historiske bevis, kan vi potensielt finne ny informasjon om planeten vår og stjernen vår fra tusenvis av år tilbake», sier medforfatter Meng Jin ved Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory.