超级耀斑：来自太阳的新威胁
Stuart Clark　文　Shea　编译
	对中世纪一次太阳爆发成因的探究让我们愈发明白了所处的险境。 公元775年，具有某种强大威力的东西击中了地球。欧洲当时正深陷黑暗时代，但天空却被照亮了。“日落后在天空中可以看到似火的可怕迹象；（英国）萨西克斯郡出现了蛇，它们就像从地里突然冒出来的一样，把所有人都吓坏了，”13世纪的英格兰编年史家文多弗的罗杰（Roger of Wendover）写道。 我们所掌握的还不仅仅是他的描述。2012年有了新的证据表明，那一年在太阳系中发生了激变事件。但是什么呢？伴随这一事件没有大规模物种灭绝或者是环境灾难的迹象。更为神秘的是，它没有在目前的天空中留下任何痕迹。 对于曾经发生了什么的唯一线索被锁在了古老树木的年轮中。它们所昭示出的东西令人害怕。一次极为强劲的辐射爆发突然轰击了我们的大气层，改变了它的成分。虽然中世纪的世界看上去未受波及，但要是发生在今天我们就不会这么幸运了。我们依赖技术的现代社会会被这一事件彻底摧毁：卫星烧毁，电厂熔化，在很多年的时间里通讯和电力供应中断。我们可能永远也无法东山再起。 版权：NASA Goddard Space Flight Center / Wikimedia Commons。 这使得确认这一爆发的源头成为了当务之急。尽管提出了各种各样的肇事元凶，不过现在我们正在越来越接近问题的答案。这个罪魁祸首似乎距离我们近得让人提心吊胆。 由于没有技术可以破坏，它对中世纪世界的影响非常轻微。如果不是日本名古屋大学的三宅芙沙（Fusa Miyake）及其同事，我们也许会全然不知它的存在。他们在两种寿命很长的日本雪松的年轮中搜寻了古代大型辐射暴所留下的证据，尤其是碳-14含量的升高。碳-14是一种放射性同位素，当来自太阳的高能粒子撞击地球大气时就会产生。 考古学家利用碳-14来对有机器物进行年代测定，因为所有活着的生物都会吸收碳。在许多气候条件下，树木仅在一年中的几个月份中生长，因此它们尤其擅长记录下任何的变化，于是你可以精确地知道在某个特定的时间空气中碳-14的含量。 三宅发现，碳-14的水平在公元775年附近有一个惊人的增强。换句话说，那时出现了一场辐射风暴——而且强度极大。然而，单独一个发现并不足信。为了确认这一发现，还需要在全世界的其他地方也进行类似的测量。 “我们看到了三宅的论文，对在我们这里测量这一效应产生了兴趣，”芬兰奥卢大学的物理学家伊利亚·乌索斯金（Ilya Usoskin）说。他的团队测量的是曾在美因河畔生长的古老橡树。结果清晰无误。“我们精确地确认了三宅团队的结果，”他说，“无论在公元775年出现的是什么，它肯定是全球性的现象，而且应该起源自地球之外。”那么它是什么呢？ 三宅的团队计算了产生这一碳-14水平增强所需要的能量。她估计出的能量极为巨大——事实上大到唯有恒星爆炸才能提供所需的粒子洪流。问题是，在这个时间上没有已知距离足够靠近地球的超新星遗迹。也没有任何近距离上尘埃云可能会阻挡这一遗迹。 “它不是超新星，”乌索斯金坚定地说。相反，他和其他人则把目光投向了太阳。考虑到太阳耀斑会产生极光，他继而去寻找历史记录上的有关证据。 虽然在中世纪没有对夜空的系统观测，但人们会观察天空中具有宗教意味的迹象。乌索斯金发现文多弗的罗杰在《盎格鲁-撒克逊编年史》中对似火的可怕迹象以及蛇的记述。“似火的可怕迹象”看上去很像极光。虽然把蛇解释成天启的象征很牵强，但乌索斯金相信它所指的其实是极光在天空中移动的蜿蜒路径。“任何看到过极光的人都知道，它们看上去就像蛇，”他说。 但是没有办法调和太阳耀斑和三宅能量估计之间的矛盾，后者至少大了1,000倍。 然而，另一个科学家也怀疑太阳。美国堪萨斯大学的阿德里安·梅洛特 （Adrian Melott）读了三宅的论文，认为有些地方可能存在问题。在计算产生地球上辐射暴所需的太阳耀斑能量时，三宅假设这些粒子是沿着各个方向以相同的流量被发射出的。梅洛特说，事实正相反，太阳喷射粒子具有很好的方向性，就像地面上的喷泉一样。 修正这一假设可以把所需的能量减小到之前的1%。“在这个能量输出值上，用太阳来解释辐射暴的可能性就大多了，”梅洛特说。 神风彗星 任何人都不应该就此小觑它所造成的灾害。它要比英国天文学家理查德·卡林顿（Richard Carrington）在1859年记录下的迄今最强的太阳风暴至少还大20倍。“我们可以绝对地说，当时发生的事件强于卡林顿耀斑，”乌索斯金说。它同时也要比在上个世纪由以色列本·古里安大学的物理学家戴维·埃奇勒（David Eichler）观测到的强100倍。 至于太阳是否能产生这样的耀斑，埃奇勒认为可以，不过“必须要得到一些小小的帮助”。他提出，一颗彗星撞上太阳，由此导致的爆发可以为驱动超级耀斑提供所需的能量。在他看来，这一爆发的能源其实来自彗星的动能。当这座由冰和岩石组成的大山撞上太阳表面时，它运动的速度会超过每秒600千米。“是每秒，”埃奇勒强调，“不是每小时。” 一直会有彗星撞上太阳。它们被称为掠日彗星，其中一些会到达太阳的表面，但大多数会在一定距离上就发生爆炸。然而，它们实在太小了，解体释放的能量难以被察觉到。埃奇勒估计，要引发超级耀斑，需要海尔-波普大小的彗星。海尔-波普彗星于1997年回归，直径估计在40～80千米之间。 被实际观测到的最大掠日彗星是洛夫乔伊彗星，2011年它和太阳擦肩而过。距离太阳137,000千米，直径500米，足够远的距离和足够大的体形使得它在烈焰中幸存了下来。不过，埃奇勒认为，在高速飞掠的过程中它在太阳大气中所产生的激波引发了一次可观测的太阳粒子爆发。 由于洛夫乔伊彗星的近日点飞掠发生在无法从地球上直接看到的太阳背面，埃奇勒错失了一次搜集直接证据的机会。与此同时，观测到了一次从太阳背面向外扩散的粒子爆发。对埃奇勒来说，这既难熬又沮丧。“专家们说，我们不可能知道这一爆发是否是由洛夫乔伊彗星引发的，但两者在时机上无懈可击，”他说。 现在他所能做的只有等待。“有可能在未来的某个时候，一颗掠日彗星会引发一次高能粒子事件，好好地给我们上一课，”他在一篇论文中写道（arxiv.org/abs/1211.6121）。 确实，天文学家们已经知道有一颗回归的彗星将在2013年底掠过太阳。2013年12月14日光科网彗星（Comet ISON）会深入到距离太阳表面100万千米处。（光科网彗星由国际光学科学网所发现并因此得名，该网络由来自10个国家的多个天文台所组成，旨在发现、监测和追踪太空中的天体。）然而，英国格拉斯哥大学研究掠日彗星生存率的约翰·布朗（John Brown）认为，我们也许是安全的。“我们认为这颗彗星不太可能引发任何事件，”他说。 这是因为，随着掠日彗星的运动，它们一般不会过于靠近太阳。布朗估计，一颗彗星必须撞上太阳才有可能引发超级耀斑。不过他也没把话说死，因为彗星的运动往往十分不可预测。“一些彗星常常会始料不及地瓦解，”他补充说。 埃奇勒估计，大彗星撞上太阳只是一个时间问题。“彗星撞击太阳的概率要远高于撞击地球的，”他说，因为太阳是一个大得多的目标。 其他人则认为，太阳自身完全有能力形成超级耀斑。“你需要极强的爆发以便在大气中产生碳-14，但其实最大的太阳事件就能做到这一点，”梅洛特说。尽管我们从未目睹，但是我们确实在其他恒星上看到了这一行为。 在2012年发表的一篇论文中，日本京都大学的前原博之（Hiroyuki Maehara）分析了开普勒空间望远镜120天的观测数据，发现在其视场中的83,000颗类太阳恒星中有148颗产生了总共365个超级耀斑。 虽然这意味着只有在0.2%的类太阳恒星上会出现超级耀斑，但是梅洛特警告切忌大意。“真正可怕的是这些耀斑中的一些要比公元775年的事件剧烈得多，”他说。其中一些向太空释放出的能量据估计是中世纪耀斑的1,000倍。以这样的强度，若有一个出现在太阳上，那受到威胁的将不仅仅只是我们的技术。这些粒子流会破坏地球的臭氧层，使得紫外线可以长驱直入造成晒伤和皮肤癌。“它还会引发生物大规模灭绝的事件，”梅洛特说。 好消息是，真正巨型的超级耀斑只出现在拥有超大恒星黑子的恒星上。这些恒星黑子要远大于我们所见的太阳黑子，是强磁场区，也是耀斑的源头。 虽然如此，科学家们目前正在研究树木年轮数据搜寻更多的大型事件。三宅在公元992年发现了第二个类似的事件。虽然根据先前已知的标准算大的，但其强度只有公元775年耀斑的一半。乌索斯金也分析了他的数据。“在过去的10,000年中没有超过公元775年的事件，”他说。 虽然这可以让人释怀一些，但并不意味着可以完全放松了。这是因为耀斑可以引发危险大得多且难以预言的事件：日冕物质抛射。在此过程中，十亿吨的太阳大气——主要是大量的高能粒子和磁场——会被抛射入太空。 击倒 问题是没有两次日冕物质抛射是一样的。一些有着高能量，但磁场弱，对基础设施的破坏较小。其他的则有着强磁场，但能量低。这是是我们需要担心的，不过难以在历史资料中发现它们，因为只有高能粒子会产生科学家们搜寻的碳-14。 1859年卡林顿事件彰显了这一点。遭受到打击的地球磁场在电报线路中诱导产生了电流，导致报务员触电失去知觉，致使电报局失火。但是却有与之对应的碳-14记录。 相反，1956年携带着大量高能粒子的一次日冕物质抛射袭击地球，但它几乎没有造成通讯中断。1989年一次日冕物质抛射造成加拿大魁北克电网瘫痪，它也并不含有高能粒子。6个月之后出现的日冕物质抛射则是。“整件事情最终十分令人困惑，”梅洛特承认，“我们正试图从复杂的数据中推理出新的科学。” 有越多可供研究的数据，情况就会越好。例如，乌索斯金已经从树木年轮转向了由“阿波罗”计划带回的月球岩石。暴露在月面之上，这些岩石会像海绵一样吸入在46亿年的月球历史中太阳所发出的全部高能粒子。 它们应该能让我们了解最大的太阳爆发事件的强度，而不仅仅局限于那些发生在过去2,000年内的。也许，下一次当我们在天空中看到蛇的时候，我们会真正领悟到和一颗恒星一起生活究竟有多么得危险。
[New Scientist 2013年8月10日]

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