科學家在亞化石樹的年輪中發現有史以來最大的太陽風暴

2023-10-09 16:51:27 來源：cnBeta

一個國際科學家小組通過分析在法國阿爾卑斯山發現的古樹年輪，發現了 14300 年前放射性碳含量的巨大峰值。造成放射性碳含量飆升的原因是一場有史以來最大的太陽風暴。今天，類似的太陽風暴將給現代科技社會帶來災難性的后果--可能導致電信和衛星系統癱瘓，造成大規模電網停電，并使我們損失數十億美元。

藝術家繪制的太陽事件改變近地空間狀況的插圖。資料來源：美國國家航空航天局

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學者們警告說，了解這種風暴對于保護我們未來的全球通信和能源基礎設施非常重要。

德魯澤河中一棵被掩埋的亞化石樹的年輪。圖片來源：Cécile Miramont

這項由國際科學家團隊開展的合作研究將于今天（10 月 9 日）發表在英國皇家學會的《哲學論文集 A：數學、物理和工程科學》（Philosophical Transactions A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences）上，研究揭示了太陽的極端行為及其對地球構成的風險。

來自法蘭西學院、CEREGE、IMBE、艾克斯-馬賽大學和利茲大學的一組研究人員測量了保存在法國阿爾卑斯山南部加普附近的德魯澤河被侵蝕河岸中的古樹的放射性碳含量。

Drouzet 河中的亞化石樹。圖片來源：Cécile Miramont

這些樹干是亞化石--化石化過程尚未完成的遺骸--被切成細小的單個年輪。通過對這些單個年輪的分析，發現了一個前所未有的放射性碳含量峰值，它正好發生在 14300 年前。通過將這一放射性碳含量峰值與格陵蘭冰芯中發現的化學元素鈹的測量結果進行比較，研究小組提出，這一峰值是由一場大規模太陽風暴造成的，這場風暴會將大量高能粒子噴射到地球大氣層中。

該研究的主要作者、法蘭西學院和 CEREGE 氣候與海洋演化教授愛德華-巴德（Edouard Bard）說："通過宇宙射線引發的一系列反應，高層大氣中不斷產生放射性碳。最近，科學家們發現，包括太陽耀斑和日冕物質拋射在內的極端太陽活動也會產生短期的高能粒子爆發，這種爆發在短短一年內就會以放射性碳產生量的巨大峰值形式保存下來。"

研究人員說，今天發生類似的大規模太陽風暴對現代科技社會來說可能是災難性的，有可能導致電信、衛星系統和電網癱瘓，使我們損失數十億英鎊。他們警告說，了解未來類似事件的風險至關重要，這樣我們才能做好準備，為我們的通信和能源系統建立復原能力，使它們免受潛在的破壞。

德魯澤河岸的亞化石樹。圖片來源：Cécile Miramont

利茲大學數學學院應用統計學教授蒂姆-希頓（Tim Heaton）說："極端太陽風暴可能對地球產生巨大影響。這種超級風暴可能會永久性地損壞我們電網中的變壓器，導致持續數月的大面積停電。它們還可能對我們賴以導航和通信的衛星造成永久性損壞，使其無法使用。它們還會給宇航員帶來嚴重的輻射風險。"

在過去的 1.5 萬年里，已經確認發生過九次這樣的極端太陽風暴，即所謂的三宅事件。最近被證實的三宅事件發生在公元993年和公元774年。然而，這次新發現的距今 1.43 萬年的風暴是迄今為止發現的最大的風暴，大約是這兩次風暴的兩倍。

人們對這些事件的確切性質仍然知之甚少，因為從來沒有用儀器對它們進行過直接觀測。它們突出表明，我們對太陽的行為及其給地球社會帶來的危險還有很多需要了解的地方。我們不知道是什么原因導致了這種極端太陽風暴的發生，也不知道它們發生的頻率有多高，更不知道我們是否能以某種方式預測它們。

巴德教授說："直接用儀器測量太陽活動始于 17 世紀的太陽黑子計數。如今，我們還可以利用地面觀測站、太空探測器和衛星獲得詳細記錄。然而，所有這些短期儀器記錄都不足以讓我們全面了解太陽。在樹木年輪中測量的放射性碳，與極地冰芯中的鈹一起使用，為進一步了解太陽在過去的行為提供了最佳途徑"。

直接觀測到的最大太陽風暴發生在 1859 年，被稱為卡靈頓事件。它給地球造成了巨大的破壞--摧毀了電報機，并在夜間產生了如此明亮的極光，以至于鳥兒開始歌唱，以為太陽已經開始升起。然而，三宅事件（包括新發現的距今 1.43 萬年的風暴）的規模要大得多，甚至要大整整一個數量級。

希頓教授說："放射性碳為研究地球歷史和重建地球經歷過的重大事件提供了驚人的方法。如果我們想準確預測我們的未來并降低潛在的風險，那么對我們的過去有一個準確的了解是至關重要的。我們還有很多東西需要學習。每一個新的發現不僅有助于回答現有的關鍵問題，還能產生新的問題"。

普羅旺斯地區艾克斯大學 IMBE 古環境與古氣候副教授塞西爾-米拉蒙（Cécile Miramont）說："發現這樣一批保存完好的樹木確實非常罕見。通過比較多根樹干上各個年輪的寬度，我們用一種叫做樹枝年代學的方法將這些獨立的樹木仔細地拼湊在一起，從而創造出一條更長的時間線。這讓我們發現了有關過去環境變化的寶貴信息，并測量了太陽活動未知時期的放射性碳"。

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