1859年9月,同年达尔文发表了《物种起源》,欧洲和北美的电报系统停止工作并开始冒火花,导致一些地方发生火灾。就在几小时前,研究人员观察到了有史以来首次确认的太阳耀斑——从太阳发出的强烈辐射爆发。这是一个预警,表明我们行星即将遭受重大打击。南北天际出现了灿烂的极光,显示一场巨大的太阳风暴正在进行中。这场风暴后来被命名为卡林顿事件,是有记录以来最强的事件之一。
然而,最近的《自然》文章表明,在不久远的过去,地球曾遭受过更极端的太阳风暴的袭击。这些风暴的证据特别来自于树环中放射性碳——也叫碳-14——的水平分析。太阳风暴引起地球磁防护盾(或称磁层)的扰动。常见的导致方式之一是日冕物质抛射——从太阳喷出的带电粒子流——这些粒子进入地球并穿透磁层。极端太阳风暴可能会对我们高度技术化的社会造成灾难,因为它们有可能破坏卫星,使通信网络和全球电力网瘫痪。
从树环中检测出的过去一些极端太阳风暴的强度表明,它们会在前所未见的规模上混乱我们的技术基础设施。例如,已知发生在公元774年的一场极端太阳风暴,其规模远远超过了卡林顿事件。放射性碳测量
放射性碳(或碳年代测定法)几十年来一直广泛用于对曾经活着的物体,如骨头、木材和皮革进行年代测定。当植物和动物死亡时,它们体内的放射性碳会以可预测的速度衰变。
因此,通过测量骨头等物体中剩余的放射性碳,科学家可以估算出该生物死亡的时间。然而,在过去十年中,科学家发现极端太阳风暴可以影响放射性碳被活体生物(如树木)吸收的量。这为研究人员提供了一个机会,可以搜索历史书籍未记录的极端太阳事件并精确地确定它们的时间。大气中的放射性碳含量随时间变化,这可能导致放射性碳年代测定法提供误导性的年龄。因此,多年来科学家进行了广泛的努力来“校准”放射性碳记录使其更精确。
这意味着将它与已知年龄的其他材料关联。它们可能是通过生长环可以确定年代的树木,或通过其他方法确定年代的钟乳石和珊瑚。当与确定树环年龄的科学(树木年代学)相结合时,极端太阳风暴的放射性碳特征可以提供一个确切年份的参考点。这可以帮助使放射性碳年代测定更加精确。通过审查这些极端太阳风暴的现有证据,我们现在可以尝试弄清这些事件发生的频率。
证据告诉我们许多关于全球碳循环、海洋和大气循环(如何在地球表面重新分配热量)以及太阳运行情况的信息。太阳风暴改变树木中的放射性碳
2012年,由日本名古屋大学的宫武步(Fusa Miyake)领导的一个团队发现,极端太阳风暴可以在树环中导致放射性碳浓度的急剧变化。在此之前,人们认为放射性碳的产生速率不会在短时间内有显著变化,因此年度放射性碳测量不大可能特别有趣。
他们确认了与公元774年极端风暴相关的大气中放射性碳生产的巨大峰值。此后,已确认其他极端事件发生在公元993年、公元前660年、公元前5259年和公元前7176年。我们在放射性碳记录中发现的最极端的太阳风暴发生在大约14370年前,接近上一个冰河时代的结束。我们尚不清楚这些事件是否只是常规太阳风暴的大规模版本——所谓的“黑天鹅”事件——还是由不同物理现象引起的。
随着从放射性碳记录中识别出更多极端太阳风暴,它们将增加我们对母星(太阳)上发生的物理过程的了解。大型太阳风暴的最大威胁之一是它可能立即摧毁整个卫星群(除了那些永久受地磁场保护的低轨卫星),并使电网瘫痪。能够预测这些事件并提前警告电网运营商至关重要。在未来几年,放射性碳记录很可能揭示更多极端太阳风暴。科学界正竞相分析来自世界不同地区的老树,以加强现有证据并发现过去更多的极端太阳风暴。
提高我们对这些极端事件的理解不仅对精确的放射性碳年龄测定重要,而且对于理解太阳和我们自己星球上发生的过程也很重要。这也可以帮助我们为下一次极端太阳风暴做好准备。我们尚不能预测它何时发生,但对过去的新见解告诉我们,早晚会有一次。