樹木的年輪裡，藏著太陽輻射風暴的歷史

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1萬年，席捲地球六次的輻射風暴。發表在《皇家學會學報》（Proceedings of the Royal Society）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。地球和太陽的磁場保護我們，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年卡林頓事件（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，點出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。

資料來源：PHYS.ORG

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。