树木的年轮里,藏着太阳辐射风暴的历史

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树木的年轮里,藏着太阳辐射风暴的历史

科学家分析了世界各地树木年轮中的放射性特征,研究过去一万年,席卷地球六次的辐射风暴。

历史的记录者

当太阳辐射的高能粒子撞击到地球高处大气层时,会将氮原子转为放射性的碳14或称放射性碳,经由空气和海洋,进入到沉积物和沼泽、生态圈,到动物和植物,其中也包含了树木的年轮。

对考古学家而言,放射性碳14的发现与运用真是一大福音,碳14的衰变时间缓慢且稳定,让科学家能测得样品的年代,即所谓的放射性碳14定年法(radiocarbon dating)。

对天文学家来说,也同样有价值,因为树木的年轮记录了数千年前的高能粒子:宇宙射线。

地球的磁场保护我们,免受宇宙射线穿透银河系造成的伤害, 当地球磁场强度较弱时,宇宙射线也就来得多,反之亦然。

这也表示年轮中碳14的多寡,不仅反应了太阳11年周期的太阳活动,还有地磁反转的历史。

无法解释的事件

但年轮也记录了我们目前无法解释的事件。

2012年,日本物理学家三宅芙沙(Fusa Miyake)发现在公元774年,树木年轮中有大量的放射性碳14,也被称为三宅事件。

随着更多科学家投入相关的研究,还发现了其他年代的事件: 公元993年、公元前663年,和史前时代的公元前5259年、公元前5410年、公元前7176年。

这么高强度的辐射脉冲会再发生吗?

若发生在现代,将会摧毁太空中的卫星、地球上的电信与电网, 瞬间瘫痪现今社会所依赖的通讯和供电设备。

三宅事件对于物理学和天文学一直是个谜。宇宙里是如何产生这么大的辐射?许多科学研究认为可能是超新星、伽玛射线爆、爆炸的磁化中子星,甚至连彗星都纳入考虑。

解释三宅事件的成因,目前较被接受的推断是因为太阳的超级耀斑,但其能量是目前的最高纪录1859年卡灵顿事件(Carrington Event)的50-100倍。

2017年9月发生的太阳耀斑,使用超紫外线波长717埃(Angstrom)所拍摄。图片来源:NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory

太阳耀斑风暴

研究团队着手进行大量树木的年轮采样与分析,找出三宅事件的强度、发生时间点、和事件持续的时间,碳14如何进入全球的碳循环,计算出何时会显现在树木年轮中。

研究团队公开了本次使用的资料,包含有三宅事件的98棵树木资料、和开源软件,提供后续与考古学家的合作研究。

初步的调查结果发现,一次的三宅事件相当于平常1~4年的辐射量,而且靠近地球两极的树木,年轮上的辐射特征明显。

但这却不是太阳超级耀斑所造成。更多的样本显示,它可在太阳11年活跃周期的任何时间点发生(但太阳耀斑常发生在太阳活动最活跃的时候)。

更令人费解的是,有些碳14在进入碳循环里所花费的时间,似乎比后发生的事件还来得久。与预期有所落差,点醒我们对大型的太阳耀斑或树木生长季节等等的认知,仍有细节待探讨。

以作者的观点,太阳仍是三宅事件的推手。从年轮的研究结果,推测可能来自太阳耀斑的风暴,倒不是巨大的超级耀斑。

为了厘清这些谜团,还需要更多的太阳观测资料、树木年轮的调查,和其他来源做多方验证,例如南北极的冰芯。

这是货真价实的跨领域科学。本以为会清晰明了,没想到, 要理解这错综复杂的地球史,还真是不容易。

  • 参考:
    • https://phys.org/news/2022-10-radioactive-tree-reveal-earth-history.html
    • https://www.tam.gov.taipei/News_Content.aspx?n=EF86D8AF23B9A85B&sms=F32C4FF0AC5C2801&s=DBD796C440B8A061