在法国森林深处发现最古老、规模最大的太阳风暴的痕迹

一场巨大的“宫胁事件”——来自太阳的粒子轰击地球——发生在14300年前。如果今天发生这样的事件,将产生灾难性的影响

Illustration of a coronal mass ejection impacting the Earth's atmosphere

大约14300年前,法国的一片松树林见证了一场现代社会从未经历过的事件:太阳粒子的猛烈轰击,如果今天再次发生,可能会击毁通信卫星,并烧毁全球的电网。“那将是一场灾难,”巴黎法兰西学院的气候学家爱德华·巴尔德说,他领导了一项新的研究,发现了这场古老的事件。

巴尔德和他的同事们通过分析法国阿尔卑斯山河床边缘暴露的一片埋藏森林中的树木年轮,发现了这一发现。他们发现的迹象指向一种被称为“宫胁事件”的现象,该事件以日本名古屋大学的物理学家宫胁扶佐的名字命名,他首先在公元774年的树木年轮中发现了另一次此类事件的痕迹。由于现代社会没有人目睹过宫胁事件,科学家们不确定其成因,但研究人员认为它们代表了来自太阳的高能质子的轰击。较小版本的此类事件,称为太阳高能粒子(SEP)事件,已在现代被观测到。它们通常与太阳表面更广泛的活动同时发生,包括太阳耀斑(电磁辐射爆发)和日冕物质抛射(CME)(磁化等离子体的喷发)。

新发现的宫胁事件是迄今为止已知的10次事件中规模最大的一次;它大约是最近的公元774年爆发事件的两倍大,比所谓的1859年卡林顿事件强大一个数量级。虽然不是宫胁事件,但卡林顿事件是人类自工业革命以来经历过的最强大的太阳风暴。今天,像卡林顿事件或更大的宫胁事件这样的太阳扰动会扰乱卫星通信,并在电气设备中感应电流,导致电网熔毁。这样的爆发可能会使现代生活陷入停顿,并切断大量人口的电力和通信,可能持续数周。依赖GPS的系统,包括金融市场,将难以运作。


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找到过去SEP事件的证据并不容易,因为在容易确定年代的材料中,它们的痕迹很少。但这些事件确实在树木年轮和冰芯中留下痕迹:当来自太阳的带电粒子进入大气层时,它们与分子相互作用,产生放射性碳同位素碳14的峰值。由于它以已知的稳定速率衰变,这种同位素被用于确定有机材料的年代。碳14出现异常峰值的树木也可以指示宫胁事件。通过另一种年代测定方法——例如,计数树木年轮——科学家可以确定该事件发生的时间。

在10月9日发表在《英国皇家学会哲学汇刊A辑》上的新研究中,一片埋藏的森林使得分析成为可能。在上一个冰河时期末期,当覆盖地球陆地面积25%的冰盖开始融化时,奔腾的河流将沉积物倾泻在一片苏格兰松树(欧洲赤松)林上。这种水下缺氧环境保存了树干,这些树干至今仍然直立扎根。“这样的发现是罕见的,”研究合著者、法国艾克斯-马赛大学的树木年代学家塞西尔·米拉蒙特说。

研究人员从沿着德鲁泽河岸发现的172棵树木中采集了碳14样本。他们很快发现,放射性碳含量在14300年前出现了一个奇怪的过量。为了确认时间,米拉蒙特和她的同事们查看了格陵兰冰芯中的铍10(另一种极端太阳活动的标志物)。他们发现碳14和铍10都在同一时间飙升。“[这些峰值的大小]是完全前所未有的,”巴尔德说。

宫胁并没有直接参与这项研究,她称这项发现“非常令人兴奋”,但也指出这并不令人意外。科学家们寻找古代SEP事件只有大约十年的时间,这项工作非常艰苦。宫胁说,树木年轮记录中可能隐藏着更多这样的事件。

如果结果得到证实,这一发现将被认为特别有趣,因为该事件似乎发生在太阳的常规平静期之一,而不是在其活动“最大期”附近发生,科罗拉多大学博尔德分校环境科学合作研究所和美国国家海洋和大气管理局太空天气预测中心研究太空天气的研究科学家马克·米施说。米施没有参与这项研究,他说,耀斑和日冕物质抛射通常发生在太阳处于活跃期,表面有很多太阳黑子的时候。我们的恒星会经历被称为大极小期的时期,那时几乎没有或根本没有太阳黑子。米施说,如果14300年前的宫胁事件确实发生在这些时期之一,那将有点不寻常,而且非常有趣。“这几乎给你一种印象,太阳正在地表下积聚磁场,它只需要释放出来,然后达到某个临界点,”他说。

在上一个冰河时代末期,宫胁事件可能不会引起注意,除非是令人震惊的明亮极光比正常情况更接近赤道。但米施说,考虑到人类对脆弱技术的依赖,这样的事件在今天将非常明显。研究人员希望找到更多事件的证据,以便更好地了解这些巨大的太阳粒子爆发发生的频率。“很可能在未来几年,我们将发现新的事件,这些事件可能会追溯到更久远的过去,”巴尔德说。“但我们需要幸运。”

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