大约1万年前让地球地动山摇的“超级耀斑”有可能卷土重来

 和 2021-10-12 10:06:57

来源：中国数字科技馆

太阳时不时会产生巨型的粒子或辐射风暴，在地球引发灾难性事件。150多年来，研究这些风暴及其影响的科学家们一直很关注1859年的卡林顿事件，认为它是极具代表性的案例。这场太阳风暴向地球磁场发射了大量的能量从而引起了地磁风暴，形成了美丽的极光，却也引起了电报线路起火燃烧。当时的电子基础设备还太过原始，因此人们仅仅把这场风暴当成是某一不知原因的小故障。但随着1921年爆发了另一场同等规模的风暴，现代科学家才意识到卡林顿事件是未来系列灾难的预兆。然而，这两场风暴的规模与科学家在2012年发现的、发生在约公元775年的超大型风暴相比，可谓是小巫见大巫了，后者的强度大约是前者的10到100倍。来自瑞士苏黎世联邦理工学院的Nicolas Brehm表示，“这实在太令人震惊了，我们从来没有想过会出现此等规模的风暴。”

这一超级风暴十分猛烈，科学家认为它可能是由太阳万年一遇的“超级耀斑”爆发引起的，这种“超级耀斑”要比寻常的太阳耀斑强几千倍。如若这个“超级耀斑”爆发发生在现在，它将会对全球现代供电系统造成灾难性的打击。幸运的是，此类事件似乎十分少见。但事实是否真的是这样呢？

也许并不是。研究人员调查了地球近年来的地质化学历史，找到一些证据证明了另外两场风暴的存在。

由Brehem领导完成的预印论文已经投递给《自然·通讯》杂志，并且可以在Research Square上查看。科学家们在这篇论文中写到，他们可能发现了另外两场强大到可怕的太阳风暴。一场发生在公元前7176年，那时狩猎社会才刚刚转型为农耕社会，另一场发生在公元前5259年，那时地球前一次的冰河世纪才刚结束。科学家们认为，这两场风暴的规模与公元775年的那一场相比是有过之而无不及，因此这三场风暴就成为了有记录以来，人们已知的最强的太阳风暴。过去十年间，科学家们一直在寻找其他类似775年风暴的事件。Brehm的小组是最早成功发现的。来自日本名古屋大学的Fusa Miyake领导了2012年发现775年风暴的研究活动，她称Brehm小组的发现“是一项伟大的成就”。科学家们现在称此类超级耀斑爆发为“Miyake事件”。

研究人员需要对北极冰盖样本以及沼泽中或山顶上保存的古老树木样本进行化学分析才能探索如此遥远的历史。太阳粒子击中地球的大气层时会让各元素进入不稳定的放射态并且不断积累。对于碳元素来说，太阳活动会产生碳14，而年轮会随着树木的增长吸收碳14。由于一圈年轮对应的是树木一年的增长，而年轮中碳14含量越多就意味着同时期进入大气的太阳粒子越多，这就让科学家得以精准确定释放碳14最多以及太阳活动最剧烈的年份是什么。来自美国亚利桑那大学树木年轮研究实验室的Charlotte Pearson是这篇论文的作者之一，她表示这些年轮“得以让我们重建以往放射性碳含量的变化模型，而引发其波动的关键性因素就是太阳活动”。

冰芯中由于含铍10以及氯36，也能够实现类似的代表性，但可能没有那么准确的测量。结合以上两种方法，科学家就能够得出十分准确的历史事件重现。科学家目前已经掌握了始于大约12 000年前的地质时代全新世大部分时间的年轮数据。然而，通过研究年轮来确定碳14含量激增等事件是十分耗时的，光是一年的数据通常就需要几周的时间来分析，还需要交叉对比多个年轮样本。历史英格兰科学测年负责人Alexandra Bayliss也是论文的作者之一，她表示，“全新世还有12 000年等着我们去分析，而我们现在仅完成了16%，这一工作不仅耗时而且耗钱。”

Brehm和他的小组比较幸运。在对公元前7176事件的研究之中，他们先发现了冰芯中的铍10含量激增，从而初步证明了风暴的存在。接着又对年轮进行研究，发现了与之对应的碳14含量的激增。而在对公元前5259事件的研究之中，贝利斯注意到这一时期的考古数据出现了断层，因此小组成员开始研究该时期对应的年轮中的碳14含量数据，并发现了另一次含量激增现象。Brehm表示他们在两个时间点“都发现了含量的激增”，而两次增加的幅度都和Miyake确定的775年事件时所研究的样本含量增加幅度类似。

跟随Miyake 2012年论文的思路，科学家最初并不能确定是什么引起了放射性元素含量的激增，甚至还有些人认为太阳活动根本是不可能发生的。然而在2013年，由来自美国沃什本大学的Brian Thomas领导完成的一篇论文则指出太阳耀斑应该是罪魁祸首。Thomas并没有参与到Brehm及同事最新发表的论文中来，他表示“有人认为775年事件的含量激增是由超新星爆炸或者伽马射线暴引起的，但这两种的情况都十分少见，并不匹配含量激增事件发生的高频率，而且这种理论也没有太阳活动理论合理”。Thomas认为，这样频繁的大幅度含量增加更可能是由剧烈的太阳活动伴随着强于卡林顿事件的地磁风暴引起的。Bayliss指出，“卡林顿事件甚至无法从年轮以及冰芯中放射性元素的含量变化上看出，足以证明相比于775年事件，卡林顿事件的规模是较小的”。

然而，太阳粒子数量激增与伴随出现的地磁风暴的强度之间的关系也并不明了。Thomas表示，“大型的粒子抛射事件往往伴随着地磁风暴，但是两者之间并没有必然的联系”，也有可能类似于卡林顿事件的地磁风暴并不能引起碳14的含量激增，这也就解释了为什么年轮和冰芯中放射性元素含量并没有出现变化。但科学家已经找到了一些线索，根据中国方面的记载，775年事件中曾经出现过强大的极光，意味着在太阳粒子涌向地球的同时也存在着一场强大的地磁风暴。Thomas表示“‘所有事件都是发生了大型的地磁风暴’是更合理的假设”。

如果两者之间确有联系，那将意味着单是在过去的1万年间，地球就经历了至少三场太阳耀斑风暴（科学家们有可能在剩下4/5尚未进行碳14含量分析的年轮之中找到更多的证据）。Pearson表示“过去1万年间只发生了1场风暴并不太现实，可能在此之前人们只知道一场，但是现在我们又发现了两场，这并不让人感到意外，只是让人感到担忧”。

人们主要担忧的是如果现在再发生类似的事件，绕地卫星和地面基础设施将会遭到灾难性的打击。在1989年3月，一场威力甚至比卡林顿事件还要弱的地磁风暴却造成了魁北克全省电网超载并引发了长达12小时的断电。如今，一场“Miyake事件”引发的地磁风暴很有可能造成更大规模的电网故障、卫星故障等。 来自于美国加利福尼亚大学欧文分校的Sangeetha Abdu Jyothi通过计算得出，如果规模等同于卡林顿事件的风暴发生在现在，它将引起“互联网灾难”。风暴中的能量粒子会破坏各国间的海下电缆，造成数周甚至数月的互联网交流故障。Abdu Jyothi估计，在这样的灾难影响下，光是美国在1天内就会损失70亿美元。如若有类似Miyake事件这样更强的风暴发生，损失将变得无法估量。Abdu Jyothi表示“如果风暴只是卡林顿事件的强度，那么它并不会造成数据损失，我们也能够很快从灾难之中恢复过来。但如果风暴强度是其10倍甚至100倍就说不准了。应该没有人模拟过这样的情况。我估计数据会大量遗失，个人记录、银行信息以及重要的健康信息全都找不回来了”。

就目前看来， Miyake事件再次爆发进而让世界文明重回黑暗时代的可能性是很小的。但是有些预测指出，在未来10年里，类似卡林顿事件的风暴的发生概率高达12%。我们可以提前做好准备，监测太阳活动并在太阳耀斑以及地磁风暴到达之前关闭卫星以及电网。但在更强大的Miyake事件面前，想要减小风暴的影响是十分困难的。随着我们在古老的年轮以及冰芯之中找到更多其他极端事件的证据，在不久的未来发生类似事件的可能性也不应该被忽视。Thomas表示“我们现在才开始意识到太阳要远比我们想象的活跃。人们在研究其他恒星的耀斑时会讨论太阳是否也有着相同的情况。从历史记录来看，太阳的确有着这样的能力，人们的担忧并不是没有道理”。 撰文：Jonathan O'Callaghan

翻译：先雨 审校：殷姝雅 引进来源：科学美国人

https://www.douban.com/note/814480138/