太陽超級耀斑摧毀技術文明？

超級耀斑摧毀技術文明？

公元775年，在英國的薩西克斯郡，日落後的天空中可以看到火焰似的可怕跡象——科學家認為，這是有史以來最強太陽爆發的證據。圖為太陽活動產生的極光，來源：Spaceweather.com

（文/ Stuart Clark）公元775年，具有某種強大威力的東西擊中了地球。歐洲當時正深陷黑暗時代，天空卻被照亮了。「日落後的天空中可以看到火焰似的可怕跡象；（英國）薩西克斯郡出現了蛇，它們就像從地里突然冒出來的一樣，把所有人都嚇壞了，」13世紀英格蘭編年史家溫多弗的羅傑（Roger of Wendover）如此寫道。

我們所掌握的，還不僅僅是他的描述。2012年找到的新證據表明，那一年在太陽系中發生了災變事件。但是，是什麼呢？伴隨這一事件發生的，既沒有大規模物種滅絕，也沒有任何環境災難的跡象。更為神秘的是，它沒有在目前的天空中留下任何痕迹。

對於曾經發生了什麼，唯一的線索被鎖在了古老樹木的年輪之中。它們昭示出來的東西令人害怕。一次極為強勁的輻射爆發，突然轟擊了我們的大氣層，改變了它的成分達千年之久。雖然中世紀的世界看上去未受波及，但要是發生在今天，我們就不會這麼幸運了。我們依賴技術的現代社會，會被這一事件徹底摧毀：衛星燒毀，電廠熔化，通訊和電力供應會中斷長達數年之久。我們可能永遠也無法東山再起。

於是，確認這一爆發的源頭，就成為了當務之急。儘管提出的肇事元兇各種各樣，不過現在我們正在越來越接近問題的答案。這個罪魁禍首距離我們，似乎近得讓人提心弔膽。

由於沒有技術可以破壞，它對中世紀世界的影響非常輕微。如果不是日本名古屋大學的三宅芙沙（Fusa Miyake）及其同事，我們也許會全然不知它的存在。他們在兩種壽命很長的日本雪松的年輪中，搜尋了古代大型輻射暴留下的證據，尤其是碳14含量的升高。碳14是一种放射性同位素，當來自太陽的高能粒子撞擊地球大氣時就會產生。

考古學家利用碳14對有機器物進行年代測定，因為所有活著的生物都會吸收碳。在許多氣候條件下，樹木一年中僅在幾個月份中生長，因此它們尤其擅長記錄任何變化。於是，你可以精確地知道，在某個特定的時間，空氣中碳14的含量。

三宅發現，碳14的水平在公元775年前後有一個驚人的增強。換句話說，那時出現了一場輻射風暴，而且強度極大。然而，孤證並不足信。為了確認這一發現，還需要在全世界的其他地方也進行類似的測量。

公元775年發生的事件，如果出現在今天，可能會將地球上如今的技術文明一舉摧毀。圖片來源：NASA

全球激變

「我們看到了三宅的論文，對在我們這裡測量這一效應產生了興趣，」芬蘭奧盧大學的物理學家伊利亞·烏索斯金（Ilya Usoskin）說。他的團隊測量的是曾在美因河畔生長的古老橡樹。結果清晰無誤。「我們精確地確認了三宅團隊的結果，」他說，「無論在公元775年出現的是什麼，它肯定是全球性的現象，而且應該起源自地球之外。」那麼，究竟是什麼呢？

三宅的團隊計算了產生這一碳14水平增強所需的能量。她估算出的能量極為巨大——事實上，唯有恆星爆炸，才能提供所需的粒子洪流。問題是，在這個時間段上，沒有已知距離足夠靠近地球的超新星遺迹，也沒有任何近距離的塵埃雲可能會阻擋這一遺迹。

「它不是超新星，」烏索斯金堅定地說。相反，他和其他人把目光投向了太陽。考慮到太陽耀斑會產生極光，他轉而去歷史記錄中尋找有關的證據。

雖然在中世紀，人們還沒有對夜空進行系統觀測，但人們會觀察天空中具有宗教意味的跡象。烏索斯金髮現了溫多弗的羅傑在《盎格魯－撒克遜編年史》中對火焰似的可怕跡象以及蛇的記述。「火焰似的可怕跡象」看上去很像是極光。雖然把蛇解釋成天啟的象徵很牽強，但烏索斯金相信，它所指的其實是極光在天空中移動的蜿蜒路徑。「任何看到過極光的人都知道，它們看上去就像蛇，」他說。

但是，太陽耀斑和三宅的能量估計之間存在沒有辦法調和的矛盾，後者至少大了1000倍。

然而，另一個科學家也懷疑太陽。美國堪薩斯大學的阿德里安·梅洛特（Adrian Melott）讀了三宅的論文，認為有些地方可能存在問題。在計算產生地球上輻射暴所需的太陽耀斑能量時，三宅假設這些粒子是沿著各個方向以相同的流量被發射出的。事實正相反，梅洛特說，太陽噴射粒子具有很好的方向性，就像地面上的噴泉一樣。

修正這一假設，可以把所需的能量減小到之前的1%。梅洛特說：「在這個能量輸出值上，用太陽來解釋輻射暴，可能性就大多了。」

神風彗星

任何人都不應該就此小覷它所造成的災害。與英國天文學家理查德·卡林頓（Richard Carrington）在1859年記錄下的迄今最強的太陽風暴相比，它至少要大20倍。烏索斯金說：「我們可以絕對肯定，當時發生的事件強於卡林頓耀斑。」它也要比上個世紀由以色列本·古里安大學的物理學家戴維·埃奇勒（David Eichler）觀測到的太陽耀斑強100倍。

至於太陽能否產生這樣的耀斑，埃奇勒認為可以，不過「必須要得到一些小小的幫助才行」。他提出，一顆彗星撞上太陽，由此導致的爆發可以提供所需的能量，驅動超級太陽耀斑。在他看來，這一爆發的能源其實來自彗星的動能。當這座由冰和岩石組成的大山撞上太陽表面時，它的運動速度可以超過每秒600千米。「是每秒，」埃奇勒強調，「不是每小時。」

一直會有彗星撞上太陽。它們被稱為掠日彗星，其中一些會到達太陽的表面，但大多數在一定距離上就會發生爆炸。然而，它們實在太小了，解體釋放的能量難以被察覺到。埃奇勒估計，要引發超級耀斑，需要海爾－波普大小的彗星。海爾－波普彗星於1997年回歸，直徑估計在40～80千米之間。

洛夫喬伊彗星（comet Lovejoy）是被實際觀測到的最大掠日彗星。2011年，直徑500米的它與太陽擦肩而過，距離太陽僅13.7萬千米。足夠遠的距離和足夠大的體形，使得它在烈焰中倖存了下來。不過，埃奇勒認為，在高速飛掠的過程中，它在太陽大氣中產生的激波引發了一次可觀測的太陽粒子爆發。

2011年的洛夫喬伊彗星，是被實際觀測到的最大掠日彗星。圖片來源：@賈大耗子

由於洛夫喬伊彗星的近日點飛掠發生在無法從地球上直接看到的太陽背面，埃奇勒錯失了一次搜集直接證據的機會。就在這顆彗星飛掠日面的同時，科學家觀測到了一次從太陽背面向外擴散的粒子爆發。對埃奇勒來說，這既難熬又沮喪。「專家說，我們不可能知道這次爆發是否由洛夫喬伊彗星引發，」但是他表示，「兩者在時間上吻合得無懈可擊。」

現在，他能做的只有等待。「有可能在未來的某個時候，一顆掠日彗星會引發一次高能粒子事件，給我們好好地上一課，」他在一篇論文中寫道（參見arxiv.org/abs/1211.6121）。

確實，天文學家已經知道，有一顆回歸的彗星將在2013年底掠過太陽。2013年12月14日，艾森彗星（Comet ISON）會深入到距離太陽表面100萬千米的地方。然而，英國格拉斯哥大學研究掠日彗星生存率的約翰·布朗（John Brown）認為，我們也許是安全的。他說：「我們認為，這顆彗星不太可能引發任何事件。」

這是因為，正如掠日彗星的名字所說的那樣，它們一般不會太過於靠近太陽。布朗估計，一顆彗星必須撞上太陽，才有可能引發超級耀斑。不過他也沒把話說死，因為彗星十分不可預測。「一些彗星常常會瓦解得讓人始料不及，」他補充說。

埃奇勒估計，大彗星撞上太陽只是一個時間問題。他說，「彗星撞擊太陽的概率遠高於撞擊地球」，因為太陽這個目標要大得多。

其他人則認為，太陽自身完全有能力形成超級耀斑。「你需要極強的爆發才能在地球大氣中產生碳14，但其實，最大的太陽事件就能做到這一點，」梅洛特說。儘管我們從未目睹，但是我們確實在其他恆星上看到了這樣的行為。

在2012年發表的一篇論文中，日本京都大學的前原裕之（Hiroyuki Maehara）分析了開普勒空間望遠鏡120天的觀測數據，發現它視場中的83000顆類太陽恆星中，有148顆產生了總共365個超級耀斑。

雖然這意味著，只有0.2%的類太陽恆星上會出現超級耀斑，但是梅洛特警告切忌大意。他說：「真正可怕的是，這些耀斑中有一些要比公元775年的事件劇烈得多。」其中一些向太空釋放出的能量，據估計是中世紀耀斑的1000倍。以這樣的強度，若有一個出現在太陽上，那受到威脅的將不僅僅是我們的技術。這些粒子流會破壞地球的臭氧層，使得紫外線可以長驅直入，造成晒傷和皮膚癌。梅洛特說：「它還會引發生物大規模滅絕。」

好消息是，真正巨型的超級耀斑，只出現在擁有超大黑子的恆星上。這些恆星黑子遠大於我們所見的太陽黑子，它們是強磁場區，也是耀斑的源頭。

無論如何，科學家目前正在研究樹木年輪數據，以搜尋更多的「大事件」。三宅在公元992年發現了第2個類似的事件。雖然按照先前已知的標準算是大事件，但其強度只有公元775年耀斑的一半。烏索斯金也分析了他的數據，「在過去的10000年中，沒有超過公元775年的事件」。

日冕拋射

雖然這可以讓人稍稍釋懷，但並不意味著可以完全放鬆。因為耀斑可以引發危險大得多且難以預言的事件：日冕物質拋射。在這個過程中，十億噸級的太陽大氣——主要是大量的高能粒子和磁場——會被拋入太空。

問題在於，沒有兩次日冕物質拋射是一樣的。一些能量很高，但磁場較弱，對基礎設施的破壞較小。另外一些則有著強磁場，但能量較低。後者才是我們需要擔心的，不過很難在歷史資料中發現它們，因為只有高能粒子會產生科學家搜尋的碳14。

1859年的卡林頓事件，彰顯了這一點。遭受到打擊的地球磁場在電報線路中誘導產生了電流，導致報務員觸電失去知覺，致使電報局失火。但是，與之對應的碳14記錄卻毫無跡象。

相反，1956年，攜帶大量高能粒子的一次日冕物質拋射襲擊地球，但它幾乎沒有造成通訊中斷。1989年的一次日冕物質拋射，造成加拿大魁北克電網癱瘓，卻並不是當年能量最高的日冕物質拋射。6個月之後的日冕物質拋射才是。「整件事情最終令人十分困惑，」梅洛特承認，「我們正試圖從複雜的數據中推理出新的科學。」

有越多可供研究的數據，情況就會越好。例如，烏索斯金已經從樹木年輪轉向了「阿波羅」計劃帶回的月球岩石。這些岩石暴露在月面之上，會像海綿一樣吸入46億年的月球歷史中太陽發出的全部高能粒子。

它們應該能讓我們了解最大的太陽爆發事件的強度，而不僅僅局限於那些發生在過去2000年以內的。也許，下一次，當我們在天空中看到蛇的時候，我們會真正領悟到，和一顆恆星一起生活，究竟有多麼危險。

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