樹木的年輪裡，藏著太陽輻射風暴的歷史
臺北市立天文科學教育館 2022-11-01 訊
科學家分析了世界各地樹木年輪中的放射性特徵，研究過去一萬年， 席捲地球六次的輻射風暴。發表在《英國皇家學會期刊》 的會議論文指出：太陽的超級閃焰不是主因，其原由還有待商榷。
當太陽輻射的高能粒子撞擊到地球高處大氣層時，會將氮原子轉為放射性的碳 14 或稱放射性碳，經由空氣和海洋，進入到沈積物和沼澤、生態圈，到動物和植物，其中也包含了樹木的年輪。
對考古學家而言，放射性碳 14 的發現與運用真是一大福音，碳 14 的衰變時間緩慢且穩定，讓科學家能測得樣品的年代，即所謂的放射性碳 14 定年法（ radiocarbon dating ）。
對天文學家來說，也是如獲珍寶，因為樹木的年輪記錄了數千前的高能粒子：宇宙射線。地球的磁場保護我們，免受宇宙射線穿透銀河系造成的傷害， 當地球磁場強度較弱時，宇宙射線也就來得多，反之亦然。這也表示年輪中碳 14 的多寡，不僅反應了太陽 11 年週期的太陽活動，還有地磁反轉的歷史。
但年輪也記錄了我們目前無法解釋的事件。 2012 年，日本物理學家三宅芙沙（ Fusa Miyake ）發現年輪在公元 774 年，有大量的放射性碳 14 ，而且一次就是好幾年份的宇宙射線量，因有三宅事件（ Miyake event ）之稱。隨著更多科學家投入相關的研究，還發現了其他年代的三宅事件： 公元 993 年、公元前 663 年，和史前時代的公元前 5259 年、公元前 5410 年、公元前 7176 年。
這麼高強度的輻射脈衝會再發生嗎？若發生在現代，將會摧毀太空中的衛星、地球上的電信與電網， 瞬間癱瘓現今社會所依賴的通訊和供電設備。即使每 10 年有 1%的機率，這個風險還是擔不起呀。
三宅事件對於物理學和天文學一直是個謎。宇宙裡要如何產生這麼大的輻射？許多科學研究認為可能是超新星、伽瑪射線爆、爆炸的磁化中子星， 甚至連彗星都納入考慮。解釋三宅事件的成因，目前較被接受的想法是因為太陽的超級閃焰，其能量還比目前的最高紀錄 1859 年 Carrington Event 多出 50-100 倍。
研究團隊著手進行大量樹木的年輪採樣與分析，找出三宅事件的強度、發生時間點、和事件持續的時間，碳 14 如何進入全球的碳循環，計算出何時會顯現在樹木年輪中。研究團隊公開了這回使用的資料，包含有三宅事件的 98 棵樹木資料、和開源程式，提供後續與考古學家的合作研究。初步的調查結果發現，一次的三宅事件相當於平常 1～4 年的輻射量，而且靠近地球兩極的樹木，年輪上的輻射特徵明顯。
但卻不是太陽超級閃焰所造成。更多的樣本顯示，它可在太陽 11 年活躍週期的任何時間點發生（但太陽閃焰常發生在太陽活動最活躍的時候）。更令人費解的是，有些碳 14 在進入碳循環裡所花費的時間，似乎比後發生的事件還來得久。與預期有所落差，點醒我們對大型的太陽閃焰或樹木生長季節等等的認知，仍有細節待探討。
以作者的觀點，太陽仍是三宅事件的推手。從年輪的研究結果，推測可能來自太陽閃焰的風暴，倒不是巨大的超級閃焰。為了釐清這些謎團，還需要更多的太陽觀測資料、樹木年輪的調查，和其他來源做多方驗證，例如南北極的冰芯。
這是貨真價實的跨領域科學。本以為會清晰明瞭，沒想到， 要理解這錯綜復雜的地球史，還真是不容易。（編譯/潘康嫻）
圖說： 2017 年 9 月發生的太陽閃焰，使用超紫外線波長 717 埃（ Angstrom ）所拍攝。圖片來源： NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory
資料來源：PHYS.ORG
