太陽(yáng)超耀斑

編譯/吳青

公元775年，一種令人無(wú)法想象的力量擊中地球。當(dāng)時(shí)的歐洲正處在黑暗世紀(jì)，然而天空卻被點(diǎn)亮。13世紀(jì)的英國(guó)編年史作家溫多夫·羅杰記錄說(shuō)：“日落之后，蒼穹火舞，令人恐怖。蘇塞克斯（英國(guó)郡名）上空巨蛇翻騰，它們就像是從地下竄出，驚呆了所有人。”

如此驚人的記載，難道是真的嗎？2013年新發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明：公元775年，太陽(yáng)系的確發(fā)生了某種大動(dòng)蕩。但那是什么大變動(dòng)呢？當(dāng)時(shí)并未出現(xiàn)通常與巨型災(zāi)變相伴的大滅絕或者環(huán)境災(zāi)難。更神秘的是，今天的天空中沒(méi)有殘留那次事件的絲毫痕跡。

唯一的線索在古樹(shù)的年輪中被發(fā)現(xiàn)。它令人震驚地顯示，一場(chǎng)超強(qiáng)輻射暴當(dāng)時(shí)突然間襲擊地球大氣層，改變大氣成分長(zhǎng)達(dá)千年。盡管中世紀(jì)的世界在那場(chǎng)災(zāi)變中毫發(fā)無(wú)損，今天的人們卻不可能這般幸運(yùn)。一旦遭遇這樣的巨災(zāi)，今天的對(duì)技術(shù)高度依賴的社會(huì)無(wú)疑將難以招架：人造衛(wèi)星將被烤焦，電站將熔毀，供電和通信中斷將持續(xù)多年，人類或許將因此萬(wàn)劫不復(fù)。所以，辨識(shí)這場(chǎng)輻射暴的源頭成為科學(xué)家的當(dāng)務(wù)之急。雖然多個(gè)“兇嫌”被懷疑，科學(xué)家目前卻只聚焦了其中之一，而更驚人的是：它距離我們很近。

由于沒(méi)有技術(shù)可被毀滅，這場(chǎng)輻射暴對(duì)于中世紀(jì)世界的影響很輕微。要不是出于偶然的機(jī)會(huì)，我們與這場(chǎng)輻射暴恐怕就將徹底失之交臂。在亞洲的兩棵長(zhǎng)壽雪松的年輪中，亞洲科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了古代輻射暴的證據(jù)。他們重點(diǎn)關(guān)注的是碳14水平的升高——當(dāng)來(lái)自太空的高能粒子擊中地球大氣層時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這種放射性同位素。

考古學(xué)家運(yùn)用碳14來(lái)測(cè)定有機(jī)文物的年代，這是因?yàn)橐磺猩锒紩?huì)吸收碳。樹(shù)木是記錄任何變動(dòng)的最佳指示器，因?yàn)樵谠S多氣候條件下，樹(shù)木都只在一年中的幾個(gè)月里才生長(zhǎng)，科學(xué)家據(jù)此便能確定一個(gè)特定時(shí)間段的空氣中的碳14含量。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，公元775年前后的碳14水平出現(xiàn)驚人的尖峰（陡增）。換句話說(shuō)，當(dāng)時(shí)發(fā)生了一場(chǎng)輻射暴，而且是很大的一場(chǎng)。不過(guò)，僅憑一次探測(cè)不可能做出確定的結(jié)論，科學(xué)家必須在世界其他地方獲得同樣的證據(jù)。

樹(shù)木年輪中驚現(xiàn)輻射暴證據(jù)的消息從亞洲傳出后，引起了芬蘭物理學(xué)家伊利亞·烏索斯金的興趣。他的團(tuán)隊(duì)隨即對(duì)一度生長(zhǎng)在芬蘭一條河邊的古老的麻櫟樹(shù)進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果在其年輪中發(fā)現(xiàn)了同樣的證據(jù)，由此證實(shí)公元775年的這場(chǎng)輻射暴具有全球性。那么，它是什么來(lái)頭呢？

通過(guò)計(jì)算產(chǎn)生如此碳14尖峰所需的能量，烏索斯金將目光投向了地球之外——能量如此巨大，只有恒星爆發(fā)才有可能提供如此巨量的粒子洪流。但問(wèn)題是，并無(wú)與這個(gè)年代匹配、并且如此靠近地球的超新星殘骸存在，附近也沒(méi)有塵埃云能遮擋我們對(duì)超新星殘骸的視線。于是，烏索斯金謹(jǐn)慎地把目光投向了太陽(yáng)?？紤]到太陽(yáng)耀斑會(huì)在地球上造成極光，他便到歷史記錄中去尋找證據(jù)。

盡管中世紀(jì)的世界沒(méi)有對(duì)夜空進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)觀測(cè)，但當(dāng)時(shí)的人們一直在天空中找尋可能得到宗教解釋的跡象。在英國(guó)編年史中，烏索斯金找到了本文開(kāi)頭的溫多夫·羅杰對(duì)當(dāng)時(shí)的烈焰天空和火蛇的記述?；蛟S有人會(huì)把這類敘述看作是對(duì)所謂“天啟”的渲染，但烏索斯金卻相信它暗示了極光在天空中的迂回運(yùn)行軌跡。事實(shí)上，任何目睹過(guò)極光的人都會(huì)覺(jué)得極光看上去很像是巨蛇。

然而，上述能量估計(jì)與太陽(yáng)耀斑爆發(fā)釋放的能量并不匹配，前者至少是后者的1000倍。美國(guó)堪薩斯大學(xué)的科學(xué)家亞德里安·梅洛特在見(jiàn)到上述能量分析的論文后，認(rèn)為烏索斯金等人一定是搞錯(cuò)了。在計(jì)算地球上產(chǎn)生如此規(guī)模的輻射暴所需的能量時(shí)，亞洲科學(xué)家假定太陽(yáng)均等地向所有方向拋射粒子，而事實(shí)上，來(lái)自太陽(yáng)的微粒噴發(fā)可謂精準(zhǔn)地指向太空，就像從地面上噴射的間歇泉一樣。于是梅洛特對(duì)烏索斯金的假設(shè)進(jìn)行了修正，結(jié)果計(jì)算出的所需能量降到了原來(lái)的1%。以這個(gè)能量來(lái)考量，這場(chǎng)輻射暴的源頭就更可能是太陽(yáng)了。

即使這樣，發(fā)生在公元775年的這場(chǎng)輻射暴依然比迄今為止記錄到的最大的太陽(yáng)風(fēng)暴（1859年由英國(guó)天文學(xué)家理查德·卡林頓記錄）的強(qiáng)度高出至少20倍，也是過(guò)去100年中任何耀斑強(qiáng)度的100倍以上。至于太陽(yáng)的行為是否會(huì)如此瘋狂，科學(xué)家認(rèn)為只需要一點(diǎn)點(diǎn)外力幫助，例如一顆彗星與太陽(yáng)相撞造成的爆發(fā)，就能提供足夠能量來(lái)驅(qū)動(dòng)一次太陽(yáng)超耀斑。當(dāng)“冰與巖石構(gòu)建的大山”——彗星撞擊太陽(yáng)表面時(shí)，彗星的穿行速度超過(guò)每秒600千米。

彗星其實(shí)一直都在撞毀于太陽(yáng)上。有一種彗星叫做掠日彗星，它們當(dāng)中的一部分會(huì)撞在太陽(yáng)表面，但大多數(shù)會(huì)在太陽(yáng)上空以某種方式爆發(fā)。然而，它們是如此微不足道，它們的毀滅所釋放的能量根本不會(huì)引起任何可注意到的波瀾?？茖W(xué)家估計(jì)，要想激發(fā)太陽(yáng)超耀斑，彗星的大小至少要與哈爾-波普彗星相仿。1997年回歸天空的哈爾-波普彗星的直徑估計(jì)為40～80千米。

迄今為止實(shí)際觀測(cè)過(guò)的最大的掠日彗星是拉夫喬伊彗星，它在2011年差一點(diǎn)就上演了一場(chǎng)“烈焰死亡”。拉夫喬伊彗星的直徑據(jù)估計(jì)只有500米，它被拉扯到距離太陽(yáng)13.7萬(wàn)千米處，這個(gè)距離足夠遙遠(yuǎn)，它的個(gè)頭也還算得上夠大，所以它最終沒(méi)有被太陽(yáng)烤化。但科學(xué)家相信，它在這次飛速經(jīng)過(guò)太陽(yáng)的過(guò)程中，在太陽(yáng)大氣層中造成的沖擊波激發(fā)了一場(chǎng)可測(cè)量的太陽(yáng)粒子噴發(fā)。

由于拉夫喬伊彗星與太陽(yáng)的最近距離接觸發(fā)生在太陽(yáng)的遠(yuǎn)端，因此科學(xué)家從地球上不可能直接進(jìn)行觀測(cè)。但他們注意到一場(chǎng)太陽(yáng)粒子噴發(fā)從太陽(yáng)背后膨脹到太空，而且噴發(fā)的時(shí)機(jī)與拉夫喬伊彗星對(duì)太陽(yáng)的“拜訪”完美匹配?？茖W(xué)家確信，在難以確定的不遠(yuǎn)的未來(lái)，另一顆掠日彗星將再度制造一場(chǎng)壯觀的太陽(yáng)粒子噴發(fā)事件。

事實(shí)上，科學(xué)家已經(jīng)知道一顆他們預(yù)測(cè)會(huì)造訪太陽(yáng)的回歸彗星——艾森彗星。它已在2012年12月14日到達(dá)距離“太陽(yáng)的火?！保刺?yáng)表面）不到100萬(wàn)千米的位置。一些科學(xué)家預(yù)測(cè)“艾森”最終會(huì)飛蛾撲火，但也有研究過(guò)掠日彗星存活率的科學(xué)家樂(lè)觀估計(jì)：艾森彗星這次葬身火海的可能性很小，它也不會(huì)造成超耀斑，這是由于掠日彗星一般都不會(huì)太近距離接近太陽(yáng)。科學(xué)家推測(cè)，只有撞擊太陽(yáng)的彗星才有可能點(diǎn)燃超耀斑。不過(guò)，誰(shuí)也無(wú)法肯定究竟是否如此。

一些科學(xué)家估計(jì)，一顆大彗星撞擊太陽(yáng)只是遲早的事。彗星撞擊太陽(yáng)的概率比彗星撞擊地球的概率大了實(shí)在太多，理由很簡(jiǎn)單——太陽(yáng)的個(gè)頭比地球大得多，目標(biāo)也大得多。還有科學(xué)家認(rèn)為，太陽(yáng)本身就完全有能力點(diǎn)燃耀斑。梅洛特說(shuō)，盡管我們沒(méi)有看見(jiàn)過(guò)太陽(yáng)自己制造耀斑的行為，但其他恒星卻給了我們以啟迪。

在2012年發(fā)表的一篇論文中，科學(xué)家分析了“凱克”望遠(yuǎn)鏡在120天中的觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在“凱克”視場(chǎng)里的83000顆類太陽(yáng)恒星當(dāng)中，有148顆一共產(chǎn)生了365次超耀斑。雖然這意味著只有0.2%的類太陽(yáng)恒星是超耀斑制造者，但梅洛特卻警告我們不能掉以輕心，畢竟其中一些耀斑強(qiáng)度大大超過(guò)了公元775年災(zāi)變事件的能量強(qiáng)度，甚至超過(guò)后者的1000倍。這不能不令人膽寒。如此等級(jí)的能量強(qiáng)度如果發(fā)生于太陽(yáng)上，無(wú)疑將重創(chuàng)人類的技術(shù)成果。此外，太陽(yáng)粒子流將毀滅地球的臭氧層，讓巨量紫外輻射長(zhǎng)驅(qū)直入到達(dá)地表，燒傷人的皮膚，造成皮膚癌，引發(fā)大滅絕。

好消息是，真正巨大的超耀斑只會(huì)來(lái)自那些展現(xiàn)出極其巨大的“恒星黑子”的恒星。恒星黑子比太陽(yáng)黑子大得多，它們是恒星上的強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，是產(chǎn)生恒星耀斑的源頭。不過(guò)，不敢掉以輕心的科學(xué)家在樹(shù)木年輪中搜尋更高能量事件，他們發(fā)現(xiàn)公元992年也發(fā)生過(guò)災(zāi)變，但耀斑規(guī)模只有公元775年的大約一半。烏索斯金也在分析他的數(shù)據(jù)，他認(rèn)為過(guò)去10000年中沒(méi)有發(fā)生過(guò)比公元775年更大的輻射暴。

這給了我們些許安慰，但它并不意味著我們就能高枕無(wú)憂，因?yàn)橐吣茳c(diǎn)燃某種危險(xiǎn)得多、并且難以預(yù)測(cè)的事件——日冕物質(zhì)拋射。僅僅在一場(chǎng)日冕物質(zhì)拋射事件中，就可能有多達(dá)10億噸太陽(yáng)大氣層被拋進(jìn)太空，這可是多么難以想象的高能粒子和磁場(chǎng)洪流?。?/p>

正是高能粒子單獨(dú)引起了碳14尖峰，所以它們成為科學(xué)家尋找的目標(biāo)。但讓科學(xué)家困惑的是：沒(méi)有哪兩次日冕物質(zhì)拋射是一樣的。一些拋射具有高能量、弱磁場(chǎng)的特點(diǎn)，另一些拋射則是強(qiáng)磁場(chǎng)、低能量。前者不會(huì)對(duì)地球上的基礎(chǔ)設(shè)施造成多大損壞，后者卻令人憂心忡忡，而且在歷史記錄中很難發(fā)現(xiàn)它們。1859年的“卡靈頓事件”就證明了這一點(diǎn)。當(dāng)時(shí)，地球磁場(chǎng)遭遇的沖擊在全球電報(bào)線路中引發(fā)電流，電報(bào)操作員被擊昏，電報(bào)局燃起大火，卻不見(jiàn)碳14尖峰的跡象。

讓科學(xué)家困惑不已的還有：1956年，一場(chǎng)攜帶巨量高能粒子的日冕物質(zhì)拋射襲擊了地球，但它沒(méi)有對(duì)通信造成大的破壞；1989年，加拿大魁北克電力公司輸電網(wǎng)遭日冕物質(zhì)拋射重創(chuàng)，但“兇手”卻并非具有最高能量（這一年最高能量的拋射發(fā)生在半年后）。

科學(xué)家指出，對(duì)日冕物質(zhì)拋射還有諸多奧秘待解，但觀測(cè)越多越仔細(xì)就越有好處。目前，烏索斯金已把目光轉(zhuǎn)向“阿波羅”登月宇航員帶回地球的月球巖石上。由于暴露在月面，這些巖石就像海綿一樣吸收了一切高能粒子，它們是太陽(yáng)在月球的46億年歷程中噴出的，應(yīng)該能讓我們知道太陽(yáng)上爆發(fā)過(guò)的最大事件，而不只是在過(guò)去兩千年中的事件。也許，等到下一次我們看見(jiàn)天空中的“巨蛇”之時(shí)，我們才會(huì)真正領(lǐng)略到生活在一顆恒星身邊是多么危險(xiǎn)！