古树揭示晚冰期最大规模太阳风暴千年一遇若重现将危及全球通信

风暴旅行 2023-10-17 19:41:07

太阳风暴是太阳的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动,1859年的卡灵顿事件是长期以来被认为是有记录以来最大的一次地磁风暴,风暴强度的估计范围为 -0.80 至 -1.75µT。当时处于第10个太阳活动周期,当年9月1日至2日,被认为从长达 1.5 亿公里以外的大型日冕物质在耗时 17.6 小时后抛射向了地球,北半球和南半球当时都可以看到极光,在美国落基山脉上空的极光如此明亮以至于当地的金矿工人都被光芒唤醒并开始准备早餐,甚至在低纬度的靠近赤道的例如哥伦比亚也可以看到极光。由于电磁场产生的地磁感应电流,整个欧洲和北美的电报系统都出现故障。不过新的研究发现,一场发生在14300 年前晚冰期的太阳风暴比卡灵顿事件还要大一个量级,如果类似的风暴出现在现代社会,将能源网络和互联网造成相当大的破坏,通信可能完全中断。

由于历史过于久远,科学家没有找到可靠的书面证据来证明存在这个事件,只能通过法国阿尔卑斯山的古老树木年轮和格陵兰岛的冰芯来寻找线索,来自太空的宇宙射线或高能粒子会撞击地球大气层并引起核反应。例如,高能辐射可以将大气层上层的氮原子转化为放射性碳-14,即所谓的放射性碳。放射性碳会穿过地球,包括植物、动物、人类、海洋,也包括树木年轮,这些记录可以保存数千年之久,这项工作需要考古学家、化学家和物理学家跨学科完成,科学家测量了阿尔卑斯山树木的放射性碳水平,人们发现14300 年前的一年中出现了一个非常明显的峰值,这些放射性碳的产生量是全年正常产生量的 5 到 10 倍,科学家假设放射性碳峰值是由大规模太阳风暴或巨大的太阳耀斑引起的,太阳耀斑将大量高能粒子发射到地球大气层中,这是迄今为止在类似测量中发现的最大峰值。而在格陵兰岛的冰芯的测量中,发现了太阳粒子和宇宙射线所产生得铍 10 同位素,铍 10 同位素可以沉积在冰芯中,而其峰值出现得时间和在阿尔卑斯山测到得基本一致。目前科学家正在研究南极冰芯中的另一种同位素-氯-36同位素的浓度,这种同位素比放射性碳或铍对太阳宇宙辐射更敏感。

在峰值之后,人们发现放射性碳水平往往会在一个世纪左右的时间里持续升高,这标志着太阳进入了一个平静期。太阳活动以 11 年为一个周期自然起伏,但这一事件表明,连续几个太阳周期的峰值都低于正常水平,即所谓的太阳活动极小期,通常太阳的磁场有助于保护地球免受宇宙射线的影响,但当太阳的活动较低时,就会有更多的宇宙射线到达地球,从而产生更多的放射性碳。

这次距今 1.43 万年的太阳风暴比有记录以来的任何太阳风暴都要大,是过去十年中在树年轮中发现的过去 1.5 万年中发生的九次极端太阳风暴之一,这些极端事件被称为三宅事件,目前已知有五个事件(公元前 7176 年、公元前 5259 年、公元前 660 年、公元 774 年、公元 993 年),四个事件(公元前 12350 年、公元前 5410 年、公元 1052 年、公元 1279 年)需要独立确认, 这些三宅事件似乎是随机发生的,大约每千年一次,这意味着每十年发生此类事件的风险约为1%,这对电网、卫星和互联网都是一个威胁。同时了解了解太阳对地球气候的影响也很重要,太阳对地球气候的影响可能不如温室气体排放造成的变暖那么大,但它是气候模型中需要考虑的一个因素。

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