太陽超耀斑

編譯/吳青

公元775年，一種令人無法想象的力量擊中地球。當時的歐洲正處在黑暗世紀，然而天空卻被點亮。13世紀的英國編年史作家溫多夫·羅杰記錄說：“日落之后，蒼穹火舞，令人恐怖。蘇塞克斯（英國郡名）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年新發現的證據表明：公元775年，太陽系的確發生了某種大動蕩。但那是什么大變動呢？當時并未出現通常與巨型災變相伴的大滅絕或者環境災難。更神秘的是，今天的天空中沒有殘留那次事件的絲毫痕跡。

唯一的線索在古樹的年輪中被發現。它令人震驚地顯示，一場超強輻射暴當時突然間襲擊地球大氣層，改變大氣成分長達千年。盡管中世紀的世界在那場災變中毫發無損，今天的人們卻不可能這般幸運。一旦遭遇這樣的巨災，今天的對技術高度依賴的社會無疑將難以招架：人造衛星將被烤焦，電站將熔毀，供電和通信中斷將持續多年，人類或許將因此萬劫不復。所以，辨識這場輻射暴的源頭成為科學家的當務之急。雖然多個“兇嫌”被懷疑，科學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。

由于沒有技術可被毀滅，這場輻射暴對于中世紀世界的影響很輕微。要不是出于偶然的機會，我們與這場輻射暴恐怕就將徹底失之交臂。在亞洲的兩棵長壽雪松的年輪中，亞洲科學家發現了古代輻射暴的證據。他們重點關注的是碳14水平的升高——當來自太空的高能粒子擊中地球大氣層時，就會產生這種放射性同位素。

考古學家運用碳14來測定有機文物的年代，這是因為一切生物都會吸收碳。樹木是記錄任何變動的最佳指示器，因為在許多氣候條件下，樹木都只在一年中的幾個月里才生長，科學家據此便能確定一個特定時間段的空氣中的碳14含量。科學家發現，公元775年前后的碳14水平出現驚人的尖峰（陡增）。換句話說，當時發生了一場輻射暴，而且是很大的一場。不過，僅憑一次探測不可能做出確定的結論，科學家必須在世界其他地方獲得同樣的證據。

樹木年輪中驚現輻射暴證據的消息從亞洲傳出后，引起了芬蘭物理學家伊利亞·烏索斯金的興趣。他的團隊隨即對一度生長在芬蘭一條河邊的古老的麻櫟樹進行了檢驗，結果在其年輪中發現了同樣的證據，由此證實公元775年的這場輻射暴具有全球性。那么，它是什么來頭呢？

通過計算產生如此碳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，只有恒星爆發才有可能提供如此巨量的粒子洪流。但問題是，并無與這個年代匹配、并且如此靠近地球的超新星殘骸存在，附近也沒有塵埃云能遮擋我們對超新星殘骸的視線。于是，烏索斯金謹慎地把目光投向了太陽。考慮到太陽耀斑會在地球上造成極光，他便到歷史記錄中去尋找證據。

盡管中世紀的世界沒有對夜空進行過系統觀測，但當時的人們一直在天空中找尋可能得到宗教解釋的跡象。在英國編年史中，烏索斯金找到了本文開頭的溫多夫·羅杰對當時的烈焰天空和火蛇的記述。或許有人會把這類敘述看作是對所謂“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行軌跡。事實上，任何目睹過極光的人都會覺得極光看上去很像是巨蛇。

然而，上述能量估計與太陽耀斑爆發釋放的能量并不匹配，前者至少是后者的1000倍。美國堪薩斯大學的科學家亞德里安·梅洛特在見到上述能量分析的論文后，認為烏索斯金等人一定是搞錯了。在計算地球上產生如此規模的輻射暴所需的能量時，亞洲科學家假定太陽均等地向所有方向拋射粒子，而事實上，來自太陽的微粒噴發可謂精準地指向太空，就像從地面上噴射的間歇泉一樣。于是梅洛特對烏索斯金的假設進行了修正，結果計算出的所需能量降到了原來的1%。以這個能量來考量，這場輻射暴的源頭就更可能是太陽了。

即使這樣，發生在公元775年的這場輻射暴依然比迄今為止記錄到的最大的太陽風暴（1859年由英國天文學家理查德·卡林頓記錄）的強度高出至少20倍，也是過去100年中任何耀斑強度的100倍以上。至于太陽的行為是否會如此瘋狂，科學家認為只需要一點點外力幫助，例如一顆彗星與太陽相撞造成的爆發，就能提供足夠能量來驅動一次太陽超耀斑。當“冰與巖石構建的大山”——彗星撞擊太陽表面時，彗星的穿行速度超過每秒600千米。

彗星其實一直都在撞毀于太陽上。有一種彗星叫做掠日彗星，它們當中的一部分會撞在太陽表面，但大多數會在太陽上空以某種方式爆發。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引起任何可注意到的波瀾。科學家估計，要想激發太陽超耀斑，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為40～80千米。

迄今為止實際觀測過的最大的掠日彗星是拉夫喬伊彗星，它在2011年差一點就上演了一場“烈焰死亡”。拉夫喬伊彗星的直徑據估計只有500米，它被拉扯到距離太陽13.7萬千米處，這個距離足夠遙遠，它的個頭也還算得上夠大，所以它最終沒有被太陽烤化。但科學家相信，它在這次飛速經過太陽的過程中，在太陽大氣層中造成的沖擊波激發了一場可測量的太陽粒子噴發。

由于拉夫喬伊彗星與太陽的最近距離接觸發生在太陽的遠端，因此科學家從地球上不可能直接進行觀測。但他們注意到一場太陽粒子噴發從太陽背后膨脹到太空，而且噴發的時機與拉夫喬伊彗星對太陽的“拜訪”完美匹配。科學家確信，在難以確定的不遠的未來，另一顆掠日彗星將再度制造一場壯觀的太陽粒子噴發事件。

事實上，科學家已經知道一顆他們預測會造訪太陽的回歸彗星——艾森彗星。它已在2012年12月14日到達距離“太陽的火海”（即太陽表面）不到100萬千米的位置。一些科學家預測“艾森”最終會飛蛾撲火，但也有研究過掠日彗星存活率的科學家樂觀估計：艾森彗星這次葬身火海的可能性很小，它也不會造成超耀斑，這是由于掠日彗星一般都不會太近距離接近太陽。科學家推測，只有撞擊太陽的彗星才有可能點燃超耀斑。不過，誰也無法肯定究竟是否如此。

一些科學家估計，一顆大彗星撞擊太陽只是遲早的事。彗星撞擊太陽的概率比彗星撞擊地球的概率大了實在太多，理由很簡單——太陽的個頭比地球大得多，目標也大得多。還有科學家認為，太陽本身就完全有能力點燃耀斑。梅洛特說，盡管我們沒有看見過太陽自己制造耀斑的行為，但其他恒星卻給了我們以啟迪。

在2012年發表的一篇論文中，科學家分析了“凱克”望遠鏡在120天中的觀測結果，發現在“凱克”視場里的83000顆類太陽恒星當中，有148顆一共產生了365次超耀斑。雖然這意味著只有0.2%的類太陽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度大大超過了公元775年災變事件的能量強度，甚至超過后者的1000倍。這不能不令人膽寒。如此等級的能量強度如果發生于太陽上，無疑將重創人類的技術成果。此外，太陽粒子流將毀滅地球的臭氧層，讓巨量紫外輻射長驅直入到達地表，燒傷人的皮膚，造成皮膚癌，引發大滅絕。

好消息是，真正巨大的超耀斑只會來自那些展現出極其巨大的“恒星黑子”的恒星。恒星黑子比太陽黑子大得多，它們是恒星上的強磁場區域，是產生恒星耀斑的源頭。不過，不敢掉以輕心的科學家在樹木年輪中搜尋更高能量事件，他們發現公元992年也發生過災變，但耀斑規模只有公元775年的大約一半。烏索斯金也在分析他的數據，他認為過去10000年中沒有發生過比公元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憂，因為耀斑能點燃某種危險得多、并且難以預測的事件——日冕物質拋射。僅僅在一場日冕物質拋射事件中，就可能有多達10億噸太陽大氣層被拋進太空，這可是多么難以想象的高能粒子和磁場洪流啊！

正是高能粒子單獨引起了碳14尖峰，所以它們成為科學家尋找的目標。但讓科學家困惑的是：沒有哪兩次日冕物質拋射是一樣的。一些拋射具有高能量、弱磁場的特點，另一些拋射則是強磁場、低能量。前者不會對地球上的基礎設施造成多大損壞，后者卻令人憂心忡忡，而且在歷史記錄中很難發現它們。1859年的“卡靈頓事件”就證明了這一點。當時，地球磁場遭遇的沖擊在全球電報線路中引發電流，電報操作員被擊昏，電報局燃起大火，卻不見碳14尖峰的跡象。

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

科學家指出，對日冕物質拋射還有諸多奧秘待解，但觀測越多越仔細就越有好處。目前，烏索斯金已把目光轉向“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，它們是太陽在月球的46億年歷程中噴出的，應該能讓我們知道太陽上爆發過的最大事件，而不只是在過去兩千年中的事件。也許，等到下一次我們看見天空中的“巨蛇”之時，我們才會真正領略到生活在一顆恒星身邊是多么危險！