卡林顿太阳风暴在1859年的树木年轮中留下证据

由赫尔辛基大学协调的一个研究小组能够测量出卡林顿耀斑发生后拉普兰地区树木放射性碳浓度的飙升，这一发现有助于为危险的太阳风暴做好准备。1859 年的卡灵顿事件是过去两个世纪有记录的最大太阳风暴之一。它表现为一个巨大的太阳黑子群出现白光耀斑，地面的电报站起火，地磁测量出现紊乱，甚至在热带地区也出现极光。

在赫尔辛基大学、芬兰自然资源研究所和奥卢大学联合开展的一项研究中，首次在树木年轮中发现了卡林顿风暴后放射性碳浓度增加的迹象。在此之前，只有在强度更大的太阳风暴中才能检测到放射性碳的痕迹。

太阳释放出的强磁化带电粒子云（称为太阳等离子体流）与地球的地磁场相遇，就会产生地磁暴。地磁场引导太阳风暴粒子主要通过极地进入大气层。这种现象最明显的后果就是极光。

在高层大气中，足够高能的粒子通过核反应也会产生放射性碳（14C），一种碳的放射性同位素。经过数月乃至数年的时间，放射性碳最终会进入低层大气，成为大气中二氧化碳的一部分，并最终通过光合作用进入植物体内。光合作用过程将二氧化碳中的信息保存在树木的年轮中。

拉普兰的树木是研究太阳过去行为的独特天然档案库。马尔库-奥伊诺宁（Markku Oinonen）正在钻取一个样本，其中包含有关 19 世纪事件的有趣信息。图片来源：Joonas Uusitalo

为了获取放射性碳所保存的信息，需要从历经数年生长的木质材料中雕刻提取样本。通过燃烧和化学还原将样本加工成纤维素，再将纤维素加工成纯碳。使用粒子加速器测量纯碳中放射性碳的比例。

主持这项研究的赫尔辛基大学年代学实验室主任马尔库-奥伊诺宁（Markku Oinonen）说："放射性碳就像一个宇宙标记，描述了与地球、太阳系和外太空有关的现象。"

在现代，如果发生与卡林顿事件相应的太阳风暴，电力和移动网络就会中断，卫星和导航系统也会出现重大问题，从而导致空中交通等方面的问题。因此，准确了解太阳活动对社会大有裨益。

比卡林顿风暴更小、更常见的太阳风暴如今可以通过测量设备和卫星进行研究，而更大的太阳风暴则可以通过测量树木年轮中的放射性碳浓度等方法进行研究。

迄今为止，还不可能利用传统的放射性碳技术专门研究像卡林顿事件这样的中型太阳风暴，因为这种风暴在现代还没有发生过。最近的这项研究为研究卡林顿风暴的频率开辟了一种潜在的新方法，这可能有助于更好地应对未来的威胁。

研究结果是利用奥卢大学研究人员开发的放射性碳生成和传输数值模型解释的。

奥卢大学的博士后研究员克谢尼娅-戈卢宾科（Kseniia Golubenko）说："动态大气碳传输模型是专门为描述大气中放射性碳分布的地理差异而开发的。"

在最近发表的研究报告中，拉普兰树木的放射性碳含量与低纬度地区树木的放射性碳含量有何不同，这一点意义重大。首次测量是在赫尔辛基大学加速器实验室进行的，而在另外两个实验室进行的重复测量则大大降低了之前的不确定性。

这一发现有助于更好地了解人类排放化石燃料之前的大气动力学和碳循环，从而能够开发出越来越详细的碳循环模型。

年表实验室的博士研究员约纳斯-乌西塔罗（Joonas Uusitalo）说："太阳耀斑造成的过量放射性碳有可能主要是通过北部地区输送到低层大气的，这与人们对其运动的普遍认识相反。"

乌西塔罗补充说："太阳活动的变化导致高层大气中放射性碳生成量的周期性变化，这也有可能导致我们的研究结果中看到的地面上的局部差异。"

放射性碳的主要部分是由来自太阳系外的银河宇宙射线产生的，尽管异常强烈的太阳风暴会在大气中产生单个的放射性碳同位素爆发。反过来，宇宙射线又会被太阳风削弱，太阳风是源自太阳的持续粒子流，以 11 年为周期在强弱之间波动。

这个问题需要进一步研究。历史记录显示，1730 年和 1770 年也曾发生过重大的地磁暴，因此对它们的追踪可能是下一个重点。

编译自/scitechdaily