科学家在亚化石树的年轮中发现有史以来最大的太阳风暴

2023-10-09 16:51:27 来源：cnBeta

一个国际科学家小组通过分析在法国阿尔卑斯山发现的古树年轮，发现了 14300 年前放射性碳含量的巨大峰值。造成放射性碳含量飙升的原因是一场有史以来最大的太阳风暴。今天，类似的太阳风暴将给现代科技社会带来灾难性的后果--可能导致电信和卫星系统瘫痪，造成大规模电网停电，并使我们损失数十亿美元。

艺术家绘制的太阳事件改变近地空间状况的插图。资料来源：美国国家航空航天局

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学者们警告说，了解这种风暴对于保护我们未来的全球通信和能源基础设施非常重要。

德鲁泽河中一棵被掩埋的亚化石树的年轮。图片来源：Cécile Miramont

这项由国际科学家团队开展的合作研究将于今天（10 月 9 日）发表在英国皇家学会的《哲学论文集 A：数学、物理和工程科学》（Philosophical Transactions A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences）上，研究揭示了太阳的极端行为及其对地球构成的风险。

来自法兰西学院、CEREGE、IMBE、艾克斯-马赛大学和利兹大学的一组研究人员测量了保存在法国阿尔卑斯山南部加普附近的德鲁泽河被侵蚀河岸中的古树的放射性碳含量。

Drouzet 河中的亚化石树。图片来源：Cécile Miramont

这些树干是亚化石--化石化过程尚未完成的遗骸--被切成细小的单个年轮。通过对这些单个年轮的分析，发现了一个前所未有的放射性碳含量峰值，它正好发生在 14300 年前。通过将这一放射性碳含量峰值与格陵兰冰芯中发现的化学元素铍的测量结果进行比较，研究小组提出，这一峰值是由一场大规模太阳风暴造成的，这场风暴会将大量高能粒子喷射到地球大气层中。

该研究的主要作者、法兰西学院和 CEREGE 气候与海洋演化教授爱德华-巴德（Edouard Bard）说："通过宇宙射线引发的一系列反应，高层大气中不断产生放射性碳。最近，科学家们发现，包括太阳耀斑和日冕物质抛射在内的极端太阳活动也会产生短期的高能粒子爆发，这种爆发在短短一年内就会以放射性碳产生量的巨大峰值形式保存下来。"

研究人员说，今天发生类似的大规模太阳风暴对现代科技社会来说可能是灾难性的，有可能导致电信、卫星系统和电网瘫痪，使我们损失数十亿英镑。他们警告说，了解未来类似事件的风险至关重要，这样我们才能做好准备，为我们的通信和能源系统建立复原能力，使它们免受潜在的破坏。

德鲁泽河岸的亚化石树。图片来源：Cécile Miramont

利兹大学数学学院应用统计学教授蒂姆-希顿（Tim Heaton）说："极端太阳风暴可能对地球产生巨大影响。这种超级风暴可能会永久性地损坏我们电网中的变压器，导致持续数月的大面积停电。它们还可能对我们赖以导航和通信的卫星造成永久性损坏，使其无法使用。它们还会给宇航员带来严重的辐射风险。"

在过去的 1.5 万年里，已经确认发生过九次这样的极端太阳风暴，即所谓的三宅事件。最近被证实的三宅事件发生在公元993年和公元774年。然而，这次新发现的距今 1.43 万年的风暴是迄今为止发现的最大的风暴，大约是这两次风暴的两倍。

人们对这些事件的确切性质仍然知之甚少，因为从来没有用仪器对它们进行过直接观测。它们突出表明，我们对太阳的行为及其给地球社会带来的危险还有很多需要了解的地方。我们不知道是什么原因导致了这种极端太阳风暴的发生，也不知道它们发生的频率有多高，更不知道我们是否能以某种方式预测它们。

巴德教授说："直接用仪器测量太阳活动始于 17 世纪的太阳黑子计数。如今，我们还可以利用地面观测站、太空探测器和卫星获得详细记录。然而，所有这些短期仪器记录都不足以让我们全面了解太阳。在树木年轮中测量的放射性碳，与极地冰芯中的铍一起使用，为进一步了解太阳在过去的行为提供了最佳途径"。

直接观测到的最大太阳风暴发生在 1859 年，被称为卡灵顿事件。它给地球造成了巨大的破坏--摧毁了电报机，并在夜间产生了如此明亮的极光，以至于鸟儿开始歌唱，以为太阳已经开始升起。然而，三宅事件（包括新发现的距今 1.43 万年的风暴）的规模要大得多，甚至要大整整一个数量级。

希顿教授说："放射性碳为研究地球历史和重建地球经历过的重大事件提供了惊人的方法。如果我们想准确预测我们的未来并降低潜在的风险，那么对我们的过去有一个准确的了解是至关重要的。我们还有很多东西需要学习。每一个新的发现不仅有助于回答现有的关键问题，还能产生新的问题"。

普罗旺斯地区艾克斯大学 IMBE 古环境与古气候副教授塞西尔-米拉蒙（Cécile Miramont）说："发现这样一批保存完好的树木确实非常罕见。通过比较多根树干上各个年轮的宽度，我们用一种叫做树枝年代学的方法将这些独立的树木仔细地拼凑在一起，从而创造出一条更长的时间线。这让我们发现了有关过去环境变化的宝贵信息，并测量了太阳活动未知时期的放射性碳"。

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