科学家发现了过去极端太阳风暴的证据——它们可能给科技型社会带来灾难

Josiah02

1859年9月，也就是达尔文发表《物种起源》的同一年，欧洲和北美各地的电报系统停止工作并开始产生火花，在某些情况下还引发火灾。
就在几个小时前，研究人员观测到了有史以来第一次确认的太阳耀斑——太阳发出的强烈辐射。这是对我们星球即将遭受重大打击的警告。大部分北部和南部天空都被明亮的极光（北极光和南极光）照亮，预示着一场大规模的太阳风暴即将来临。
这场风暴后来被命名为卡灵顿事件，是有史以来最强烈的太阳风暴之一。然而，在《自然》杂志最近的一篇文章中，我们表明，在不久的过去，地球曾遭受过更为极端的太阳风暴袭击。这些风暴的证据来自对树木年轮中放射性碳（称为放射性碳或碳-14）含量的分析。
太阳风暴会扰乱地球的磁屏蔽，即磁层。太阳风暴最常见的一种形成方式是日冕物质抛射（太阳向外喷出带电粒子），这些粒子会到达地球并穿透磁层。极端的太阳风暴可能会给我们这个高科技社会带来灾难，因为它们有可能损坏卫星并摧毁通信网络和全球电网。
树木年轮探测到的一些过去极端太阳风暴的强度表明，它们可能对我们的技术基础设施造成了前所未有的破坏。例如，已知发生在公元 774 年的一次极端太阳风暴就比卡灵顿事件要严重得多。
测量放射性碳
几十年来，放射性碳测年法被广泛用于测定骨头、木头和皮革等曾经活着的物体的年龄。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量，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会影响树木等生物体吸收的放射性碳量。这为研究人员提供了寻找历史书籍中未记录的极端太阳事件并准确确定其日期的机会。
大气中的放射性碳含量会随时间而变化，因此放射性碳测年法可能会给出误导性的年代。因此，多年来人们付出了巨大的努力来“校准”放射性碳记录，使其更加准确。这意味着将其与其他已知年代的材料联系起来。这些材料可能是可以通过年轮测定年代的树木，或者是使用其他方法测定年代的石笋和珊瑚。
当与通过树木年轮确定年龄的科学（树木年轮学）相结合时，极端太阳风暴的放射性碳特征可以为确切年份提供参考点。这可以帮助使放射性碳测年法更加准确。
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楚这些事件发生的频率。这些证据告诉我们许多有关全球碳循环、海洋和大气环流（热量如何在地球表面重新分布）以及太阳运作的信息。
太阳风暴改变树木中的放射性碳
2012 年，日本名古屋大学 Fusa Miyake 领导的研究小组发现，极端太阳风暴可能导致树木年轮中的放射性碳浓度发生突变。在此之前，人们认为放射性碳的生成率在短时间内不会发生很大变化，因此过去放射性碳的年度测量不太可能引起特别的兴趣。
他们发现，大气中放射性碳含量的大幅增加与公元 774 年的极端风暴有关。此后，人们证实在公元 993 年、公元前 660 年、公元前 5259 年和公元前 7176 年也发生过其他极端事件。我们在放射性碳记录中检测到的最极端太阳风暴发生在大约 14,370 年前，即上一次冰河时代的末期。
我们尚不清楚这些事件是否只是普通太阳风暴的大规模版本（即所谓的“黑天鹅”事件），还是由独特的物理现象引起的。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中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有可能瞬间摧毁整个卫星群（除了那些永久受到地磁场保护的低空卫星），以及摧毁电网。能够预测这些事件并提前向电网运营商发出警告至关重要。
未来几年，放射性碳记录很可能会揭示更多极端太阳风暴。科学界正在竞相分析来自世界不同地区的古树，目的是加强现有证据并发现过去新的极端太阳风暴。
加强对这些极端事件的了解不仅对精确的放射性碳测年很重要，而且对了解太阳和我们自己星球上正在发生的过程也很重要。它还可以帮助我们为下一次极端太阳风暴做好准备。我们目前还无法预测它何时会发生，但对过去的新见解告诉我们，迟早会有一次。