太阳超耀斑

编译/吴青

公元775年，一种令人无法想象的力量击中地球。当时的欧洲正处在黑暗世纪，然而天空却被点亮。13世纪的英国编年史作家温多夫·罗杰记录说：“日落之后，苍穹火舞，令人恐怖。苏塞克斯（英国郡名）上空巨蛇翻腾，它们就像是从地下窜出，惊呆了所有人。”

如此惊人的记载，难道是真的吗？2013年新发现的证据表明：公元775年，太阳系的确发生了某种大动荡。但那是什么大变动呢？当时并未出现通常与巨型灾变相伴的大灭绝或者环境灾难。更神秘的是，今天的天空中没有残留那次事件的丝毫痕迹。

唯一的线索在古树的年轮中被发现。它令人震惊地显示，一场超强辐射暴当时突然间袭击地球大气层，改变大气成分长达千年。尽管中世纪的世界在那场灾变中毫发无损，今天的人们却不可能这般幸运。一旦遭遇这样的巨灾，今天的对技术高度依赖的社会无疑将难以招架：人造卫星将被烤焦，电站将熔毁，供电和通信中断将持续多年，人类或许将因此万劫不复。所以，辨识这场辐射暴的源头成为科学家的当务之急。虽然多个“凶嫌”被怀疑，科学家目前却只聚焦了其中之一，而更惊人的是：它距离我们很近。

由于没有技术可被毁灭，这场辐射暴对于中世纪世界的影响很轻微。要不是出于偶然的机会，我们与这场辐射暴恐怕就将彻底失之交臂。在亚洲的两棵长寿雪松的年轮中，亚洲科学家发现了古代辐射暴的证据。他们重点关注的是碳14水平的升高——当来自太空的高能粒子击中地球大气层时，就会产生这种放射性同位素。

考古学家运用碳14来测定有机文物的年代，这是因为一切生物都会吸收碳。树木是记录任何变动的最佳指示器，因为在许多气候条件下，树木都只在一年中的几个月里才生长，科学家据此便能确定一个特定时间段的空气中的碳14含量。科学家发现，公元775年前后的碳14水平出现惊人的尖峰（陡增）。换句话说，当时发生了一场辐射暴，而且是很大的一场。不过，仅凭一次探测不可能做出确定的结论，科学家必须在世界其他地方获得同样的证据。

树木年轮中惊现辐射暴证据的消息从亚洲传出后，引起了芬兰物理学家伊利亚·乌索斯金的兴趣。他的团队随即对一度生长在芬兰一条河边的古老的麻栎树进行了检验，结果在其年轮中发现了同样的证据，由此证实公元775年的这场辐射暴具有全球性。那么，它是什么来头呢？

通过计算产生如此碳14尖峰所需的能量，乌索斯金将目光投向了地球之外——能量如此巨大，只有恒星爆发才有可能提供如此巨量的粒子洪流。但问题是，并无与这个年代匹配、并且如此靠近地球的超新星残骸存在，附近也没有尘埃云能遮挡我们对超新星残骸的视线。于是，乌索斯金谨慎地把目光投向了太阳。考虑到太阳耀斑会在地球上造成极光，他便到历史记录中去寻找证据。

尽管中世纪的世界没有对夜空进行过系统观测，但当时的人们一直在天空中找寻可能得到宗教解释的迹象。在英国编年史中，乌索斯金找到了本文开头的温多夫·罗杰对当时的烈焰天空和火蛇的记述。或许有人会把这类叙述看作是对所谓“天启”的渲染，但乌索斯金却相信它暗示了极光在天空中的迂回运行轨迹。事实上，任何目睹过极光的人都会觉得极光看上去很像是巨蛇。

然而，上述能量估计与太阳耀斑爆发释放的能量并不匹配，前者至少是后者的1000倍。美国堪萨斯大学的科学家亚德里安·梅洛特在见到上述能量分析的论文后，认为乌索斯金等人一定是搞错了。在计算地球上产生如此规模的辐射暴所需的能量时，亚洲科学家假定太阳均等地向所有方向抛射粒子，而事实上，来自太阳的微粒喷发可谓精准地指向太空，就像从地面上喷射的间歇泉一样。于是梅洛特对乌索斯金的假设进行了修正，结果计算出的所需能量降到了原来的1%。以这个能量来考量，这场辐射暴的源头就更可能是太阳了。

即使这样，发生在公元775年的这场辐射暴依然比迄今为止记录到的最大的太阳风暴（1859年由英国天文学家理查德·卡林顿记录）的强度高出至少20倍，也是过去100年中任何耀斑强度的100倍以上。至于太阳的行为是否会如此疯狂，科学家认为只需要一点点外力帮助，例如一颗彗星与太阳相撞造成的爆发，就能提供足够能量来驱动一次太阳超耀斑。当“冰与岩石构建的大山”——彗星撞击太阳表面时，彗星的穿行速度超过每秒600千米。

彗星其实一直都在撞毁于太阳上。有一种彗星叫做掠日彗星，它们当中的一部分会撞在太阳表面，但大多数会在太阳上空以某种方式爆发。然而，它们是如此微不足道，它们的毁灭所释放的能量根本不会引起任何可注意到的波澜。科学家估计，要想激发太阳超耀斑，彗星的大小至少要与哈尔-波普彗星相仿。1997年回归天空的哈尔-波普彗星的直径估计为40～80千米。

迄今为止实际观测过的最大的掠日彗星是拉夫乔伊彗星，它在2011年差一点就上演了一场“烈焰死亡”。拉夫乔伊彗星的直径据估计只有500米，它被拉扯到距离太阳13.7万千米处，这个距离足够遥远，它的个头也还算得上够大，所以它最终没有被太阳烤化。但科学家相信，它在这次飞速经过太阳的过程中，在太阳大气层中造成的冲击波激发了一场可测量的太阳粒子喷发。

由于拉夫乔伊彗星与太阳的最近距离接触发生在太阳的远端，因此科学家从地球上不可能直接进行观测。但他们注意到一场太阳粒子喷发从太阳背后膨胀到太空，而且喷发的时机与拉夫乔伊彗星对太阳的“拜访”完美匹配。科学家确信，在难以确定的不远的未来，另一颗掠日彗星将再度制造一场壮观的太阳粒子喷发事件。

事实上，科学家已经知道一颗他们预测会造访太阳的回归彗星——艾森彗星。它已在2012年12月14日到达距离“太阳的火海”（即太阳表面）不到100万千米的位置。一些科学家预测“艾森”最终会飞蛾扑火，但也有研究过掠日彗星存活率的科学家乐观估计：艾森彗星这次葬身火海的可能性很小，它也不会造成超耀斑，这是由于掠日彗星一般都不会太近距离接近太阳。科学家推测，只有撞击太阳的彗星才有可能点燃超耀斑。不过，谁也无法肯定究竟是否如此。

一些科学家估计，一颗大彗星撞击太阳只是迟早的事。彗星撞击太阳的概率比彗星撞击地球的概率大了实在太多，理由很简单——太阳的个头比地球大得多，目标也大得多。还有科学家认为，太阳本身就完全有能力点燃耀斑。梅洛特说，尽管我们没有看见过太阳自己制造耀斑的行为，但其他恒星却给了我们以启迪。

在2012年发表的一篇论文中，科学家分析了“凯克”望远镜在120天中的观测结果，发现在“凯克”视场里的83000颗类太阳恒星当中，有148颗一共产生了365次超耀斑。虽然这意味着只有0.2%的类太阳恒星是超耀斑制造者，但梅洛特却警告我们不能掉以轻心，毕竟其中一些耀斑强度大大超过了公元775年灾变事件的能量强度，甚至超过后者的1000倍。这不能不令人胆寒。如此等级的能量强度如果发生于太阳上，无疑将重创人类的技术成果。此外，太阳粒子流将毁灭地球的臭氧层，让巨量紫外辐射长驱直入到达地表，烧伤人的皮肤，造成皮肤癌，引发大灭绝。

好消息是，真正巨大的超耀斑只会来自那些展现出极其巨大的“恒星黑子”的恒星。恒星黑子比太阳黑子大得多，它们是恒星上的强磁场区域，是产生恒星耀斑的源头。不过，不敢掉以轻心的科学家在树木年轮中搜寻更高能量事件，他们发现公元992年也发生过灾变，但耀斑规模只有公元775年的大约一半。乌索斯金也在分析他的数据，他认为过去10000年中没有发生过比公元775年更大的辐射暴。

这给了我们些许安慰，但它并不意味着我们就能高枕无忧，因为耀斑能点燃某种危险得多、并且难以预测的事件——日冕物质抛射。仅仅在一场日冕物质抛射事件中，就可能有多达10亿吨太阳大气层被抛进太空，这可是多么难以想象的高能粒子和磁场洪流啊！

正是高能粒子单独引起了碳14尖峰，所以它们成为科学家寻找的目标。但让科学家困惑的是：没有哪两次日冕物质抛射是一样的。一些抛射具有高能量、弱磁场的特点，另一些抛射则是强磁场、低能量。前者不会对地球上的基础设施造成多大损坏，后者却令人忧心忡忡，而且在历史记录中很难发现它们。1859年的“卡灵顿事件”就证明了这一点。当时，地球磁场遭遇的冲击在全球电报线路中引发电流，电报操作员被击昏，电报局燃起大火，却不见碳14尖峰的迹象。

让科学家困惑不已的还有：1956年，一场携带巨量高能粒子的日冕物质抛射袭击了地球，但它没有对通信造成大的破坏；1989年，加拿大魁北克电力公司输电网遭日冕物质抛射重创，但“凶手”却并非具有最高能量（这一年最高能量的抛射发生在半年后）。

科学家指出，对日冕物质抛射还有诸多奥秘待解，但观测越多越仔细就越有好处。目前，乌索斯金已把目光转向“阿波罗”登月宇航员带回地球的月球岩石上。由于暴露在月面，这些岩石就像海绵一样吸收了一切高能粒子，它们是太阳在月球的46亿年历程中喷出的，应该能让我们知道太阳上爆发过的最大事件，而不只是在过去两千年中的事件。也许，等到下一次我们看见天空中的“巨蛇”之时，我们才会真正领略到生活在一颗恒星身边是多么危险！