太阳风暴的秘密揭晓：1859年卡灵顿事件的树木年轮证据

1859年的卡灵顿事件是一场大规模的太阳风暴，最近通过树木年轮中的放射性碳浓度进行了研究，揭示了对太阳活动及其对地球影响的新见解。

由赫尔辛基大学协调的一个研究小组能够测量到卡灵顿耀斑后拉普兰树木放射性碳浓度的峰值。这一发现有助于为危险的太阳风暴做准备。

1859年的卡灵顿事件是过去两个世纪以来有记录以来最大的太阳风暴之一。它被看作是一个巨大的太阳黑子群上的白光耀斑，电报站的火灾和地磁测量的干扰，甚至在热带地区也有极光。

在赫尔辛基大学、芬兰自然资源研究所和奥卢大学进行的一项联合研究中，首次在树木年轮中检测到卡灵顿风暴后放射性碳浓度增加的迹象。以前，放射性碳痕迹只能从更强烈的太阳风暴中检测到。

通过宇宙标记发现

从太阳释放的带电粒子的强磁化云（称为太阳等离子体流）与地球地磁场之间的相遇会导致地磁暴。地磁场主要通过极地地区将太阳风暴粒子引导到大气中。这种现象最明显的后果是极光。

在高层大气中，足够高能的粒子也可以通过核反应产生放射性碳（¹⁴°C），这是一种碳的放射性同位素。在数月和数年的时间里，放射性碳最终作为大气二氧化碳的一部分进入低层大气，并最终通过光合作用进入植物。光合作用过程保留了树木年轮中二氧化碳中所含的信息。

拉普兰的树木是研究太阳过去行为的独特自然档案馆。 Markku Oinonen正在钻探一个样本，其中包含有关19世纪事件的有趣信息。

为了获得放射性碳所包含的信息，通过从个别年份生长的木材中雕刻来提取样品。样品被加工成纤维素，纤维素通过燃烧和化学还原变成纯碳。使用粒子加速器测量纯碳中放射性碳的比例。

“放射性碳就像一个宇宙标记，描述了与地球、太阳系和外太空相关的现象，”赫尔辛基大学年代学实验室主任Markku Oinonen说，他是这项研究的负责人。

绘制太阳风暴地图

与现代卡灵顿事件相对应的太阳风暴将破坏电力和移动网络，并给卫星和导航系统带来重大问题，导致空中交通等问题。这就是为什么对太阳能行为的准确了解有益于社会的原因。

如今，比卡灵顿风暴更小、更常见的太阳风暴可以用测量设备和卫星进行研究，而较大的太阳风暴可以通过测量树木年轮中的放射性碳浓度等方式进行研究。

到目前为止，还不可能使用传统的放射性碳技术专门研究像卡灵顿事件这样的中型风暴，这些风暴在现代没有发生过。最近的这项研究为调查卡灵顿大小的风暴频率开辟了一种潜在的新方法，这可能有助于更好地为未来的威胁做好准备。

关于碳循环的信息越来越准确

使用奥卢大学研究人员开发的放射性碳产生和运输数值模型来解释结果。

“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，”奥卢大学的博士后研究员Kseniia Golubenko说。

在最近发表的研究中，重要的是拉普兰树木的放射性碳含量与低纬度树木的放射性碳含量有何不同。第一次测量是在赫尔辛基大学的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以前的不确定性。

这一发现有助于更好地了解人类产生化石燃料排放之前的大气动力学和碳循环，从而能够开发越来越详细的碳循环模型。

“太阳耀斑引起的放射性碳过量可能主要通过北部地区输送到低层大气，这与对其运动的一般理解相反，”年代学实验室的博士研究员Joonas Uusitalo沉思道。

其他放射性碳来源

“也有可能由太阳活动的变化引起的高层大气中放射性碳产生的周期性变化导致了我们的发现中看到的地面局部差异，”Uusitalo补充道。

根据Uusitalo的说法，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独的同位素爆发。反过来，宇宙射线会被太阳风削弱，太阳风是源自太阳的粒子的连续通量，在11年的周期内在强弱之间波动。

该主题需要进一步研究。历史记录显示，1730年和1770年也发生了重大的地磁暴，这就是为什么它们的追踪可能成为下一个焦点的原因。