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科學(xué)家在亞化石樹的年輪中發(fā)現(xiàn)有史以來最大的太陽風(fēng)暴

2023-10-09 16:51:27 來源：cnBeta

一個國際科學(xué)家小組通過分析在法國阿爾卑斯山發(fā)現(xiàn)的古樹年輪，發(fā)現(xiàn)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(fēng)暴。今天，類似的太陽風(fēng)暴將給現(xiàn)代科技社會帶來災(zāi)難性的后果--可能導(dǎo)致電信和衛(wèi)星系統(tǒng)癱瘓，造成大規(guī)模電網(wǎng)停電，并使我們損失數(shù)十億美元。

藝術(shù)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

(相關(guān)資料圖)

學(xué)者們警告說，了解這種風(fēng)暴對于保護我們未來的全球通信和能源基礎(chǔ)設(shè)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(xué)家團隊開展的合作研究將于今天（10 月 9 日）發(fā)表在英國皇家學(xué)會的《哲學(xué)論文集 A：數(shù)學(xué)、物理和工程科學(xué)》（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(gòu)成的風(fēng)險。

來自法蘭西學(xué)院、CEREGE、IMBE、艾克斯-馬賽大學(xué)和利茲大學(xué)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(fā)現(xiàn)了一個前所未有的放射性碳含量峰值，它正好發(fā)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(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素鈹?shù)臏y量結(jié)果進行比較，研究小組提出，這一峰值是由一場大規(guī)模太陽風(fēng)暴造成的，這場風(fēng)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(xué)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(fā)的一系列反應(yīng)，高層大氣中不斷產(chǎn)生放射性碳。最近，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，包括太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射在內(nèi)的極端太陽活動也會產(chǎn)生短期的高能粒子爆發(fā)，這種爆發(fā)在短短一年內(nèi)就會以放射性碳產(chǎn)生量的巨大峰值形式保存下來。"

研究人員說，今天發(fā)生類似的大規(guī)模太陽風(fēng)暴對現(xiàn)代科技社會來說可能是災(zāi)難性的，有可能導(dǎo)致電信、衛(wèi)星系統(tǒng)和電網(wǎng)癱瘓，使我們損失數(shù)十億英鎊。他們警告說，了解未來類似事件的風(fēng)險至關(guān)重要，這樣我們才能做好準備，為我們的通信和能源系統(tǒng)建立復(fù)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(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)教授蒂姆-希頓（Tim Heaton）說："極端太陽風(fēng)暴可能對地球產(chǎn)生巨大影響。這種超級風(fēng)暴可能會永久性地損壞我們電網(wǎng)中的變壓器，導(dǎo)致持續(xù)數(shù)月的大面積停電。它們還可能對我們賴以導(dǎo)航和通信的衛(wèi)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(fēng)險。"

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

人們對這些事件的確切性質(zhì)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?qū)е铝诉@種極端太陽風(fēng)暴的發(fā)生，也不知道它們發(fā)生的頻率有多高，更不知道我們是否能以某種方式預(yù)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(shù)。如今，我們還可以利用地面觀測站、太空探測器和衛(wèi)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?nèi)媪私馓枴Ｔ跇淠灸贻喼袦y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(fēng)暴發(fā)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(chǎn)生了如此明亮的極光，以至于鳥兒開始歌唱，以為太陽已經(jīng)開始升起。然而，三宅事件（包括新發(fā)現(xiàn)的距今 1.43 萬年的風(fēng)暴）的規(guī)模要大得多，甚至要大整整一個數(shù)量級。

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

普羅旺斯地區(qū)艾克斯大學(xué) IMBE 古環(huán)境與古氣候副教授塞西爾-米拉蒙（Cécile Miramont）說："發(fā)現(xiàn)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(xué)的方法將這些獨立的樹木仔細地拼湊在一起，從而創(chuàng)造出一條更長的時間線。這讓我們發(fā)現(xiàn)了有關(guān)過去環(huán)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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