每隔一段時間，我們的恆星就會產生巨大的粒子和輻射耀斑，會對地球造成嚴重破壞。150 多年來，研究這些爆發及其如何影響我們星球的科學家一直非常關注一個看似頂峰的例子：1859 年的卡林頓事件。來自太陽的一次爆發衝擊了地球，向我們星球的磁場注入了足夠的能量，引發了一場巨大的地磁暴，這場風暴創造了美麗的極光景象，但也引發了電報線路的電氣火災。這場風暴被視為一種奇怪的、微不足道的不便，對當時的電氣基礎設施造成的破壞有限。然而，今天的研究人員認識到，卡林頓事件以及 1921 年強度相當的風暴是對未來災難的不祥警告。
太陽風暴可能更加嚴重的第一個跡象出現在 2012 年，當時發現了一場比卡林頓事件強 10 到 100 倍的超級風暴，發生在公元 775 年左右。“這真是太令人震驚了，”蘇黎世聯邦理工學院的尼古拉斯·佈雷姆說。“我們沒想到會發生如此規模的事情。”
科學家當時推測，古代超級風暴可能來自萬年一遇的“超級耀斑”，這種事件的威力比常規太陽耀斑強大數千倍。如果今天受到這種超級耀斑的直接襲擊，將對我們全球互聯的社會造成毀滅性後果。
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現在，這些現象似乎比我們想象的更為常見：研究人員調查了地球近期歷史的地質化學年鑑，現在發現了另外兩個事件的證據。
在佈雷姆領導的一篇論文中，科學家在 Research Square 上以預印本形式釋出了可能發現的兩次非常強烈的太陽事件。一次發生在公元前 7176 年，當時遊牧的狩獵採集社會正在讓位於農業定居點。另一次發生在公元前 5259 年，當時地球正從最後一個冰河時代中走出。據認為，這兩次事件的強度至少與公元 775 年的事件相當，在過去的十年裡，科學家們一直在尋找類似的極端事件。佈雷姆的團隊是第一個發現一些事件的團隊。“這是一項偉大的成就，”日本名古屋大學的宮宅芙紗說，她在 2012 年領導了揭示 775 年事件的研究。科學家現在將此類超級耀斑稱為“宮宅事件”。
太陽耀斑和發光的等離子體薄片從太陽上一個劇烈活動的區域升起。圖片來源：美國國家航空航天局，SDO 以及 AIA、EVE 和 HMI 科學團隊
為了尋找這些太陽耀斑，研究人員依賴於對來自極地冰蓋和古代樹木（儲存在積水沼澤或高山頂上）的樣本進行化學分析。當太陽粒子撞擊大氣層時，它們會產生各種元素的不穩定放射性形式，稱為同位素，這些同位素會在這些地方積累。例如，太陽活動可以形成碳 14，樹木在生長過程中會吸收碳 14。由於樹木樹幹內的每個年輪都對應著一年的生長，科學家可以確定由太陽活動增加引起的任何同位素峰值的精確日期：一個年輪中碳 14 越多，當時撞擊我們大氣層的太陽粒子就越多。亞利桑那大學樹木年輪研究實驗室的夏洛特·皮爾遜說，這些年輪“使我們能夠重建隨時間推移的放射性碳模式”，她是佈雷姆論文的合著者。“驅動這些波動的主要因素之一是太陽的活動。”
透過研究冰芯中鈹 10 和氯 36 的濃度，科學家可以進行類似但略微不太準確的測量。這兩種方法結合起來可以提供對歷史事件的精確描述。我們擁有全新世（當前的地質時代，大約始於 12,000 年前）的大部分樹木年輪資料。然而，仔細研究它們以搜尋碳 14 峰值非常耗時。僅檢視一年通常需要數週的時間來分析和交叉關聯多個樹木年輪樣本。“全新世有 12,000 年需要完成，我們已經完成了 16%，”英國曆史遺蹟科學測年負責人、該論文的合著者亞歷山德拉·貝利斯說。“這是一個時間和金錢的問題。”
佈雷姆和他的團隊很幸運。對於公元前 7176 年的事件，他們首先在冰芯中看到了鈹 10 峰值的初步證據。研究人員隨後使用樹木年輪，看到了相應的碳 14 峰值。對於公元前 5259 年的事件，貝利斯注意到此時期考古資料中存在一個空白期。透過研究這個時代的樹木年輪中的碳 14 資料，該團隊發現了另一個峰值。“我們發現這兩個日期的峰值都大幅增加，”佈雷姆說，每個峰值的幅度都與宮宅在確證公元 775 年事件的樣本中發現的峰值相似。
一個行星大小的太陽日珥從我們的恆星中爆發出來，釋放出大量的物質和輻射。圖片來源：美國國家航空航天局，SDO 以及 AIA、EVE 和 HMI 科學團隊
起初，科學家們不確定是什麼原因導致了這些峰值，有些人甚至認為太陽事件不太可能發生。然而，華盛頓大學的布萊恩·托馬斯領導的 2013 年的一項研究表明，太陽耀斑可能是罪魁禍首。“有人建議[775 年的峰值]可能來自超新星甚至伽馬射線暴，”托馬斯說，他沒有參與佈雷姆及其同事的最新論文。“但它們太罕見了，不可能導致這種頻率。它不如太陽解釋那麼合適。”他認為，如此巨大、頻繁的峰值更可能是太陽活動增加的結果，可能伴隨著類似於卡林頓事件但威力更大的地磁暴。“卡林頓事件甚至無法在樹木年輪和冰芯中檢測到，”貝利斯指出，這表明與它們相比，卡林頓事件微不足道。
即便如此，太陽粒子峰值與伴隨而來的任何地磁暴的強度之間的確切相關性仍然不清楚。“大的粒子事件通常與地磁暴有關，但並非一定如此，”托馬斯說。甚至可能像卡林頓事件這樣的地磁暴根本不會導致碳 14 峰值——這將解釋為什麼在追溯到該事件的樹木年輪和冰芯資料中沒有發現它。然而，有跡象表明，至少 775 年的事件伴隨著強烈的極光，在中國有記錄，這表明除了大量湧入的太陽粒子外，還存在強烈的地磁暴。“假設所有這些事件都是大的地磁暴更安全，”托馬斯說。
如果這種聯絡是正確的，則表明僅在過去 10,000 年中，地球就至少遭受了三次太陽超級耀斑的襲擊。（最終可能在尚未分析碳 14 峰值的 84% 的可用樹木年輪資料中找到更多證據。）“過去 10,000 年中只有一次真的似乎不現實，”皮爾遜說。“但在這一點之前，它可能只是一次性的。既然我們又發現了兩次，我不確定這是否令人驚訝——但可能令人擔憂。”
扭曲磁場的翻騰漩渦驅動著定義太陽 11 年活動週期的爆發。圖片來源：美國國家航空航天局，SDO 以及 AIA、EVE 和 HMI 科學團隊
主要的擔憂是，如果今天發生這樣的事件，可能會對軌道上的衛星和地面基礎設施造成毀滅性破壞。1989 年 3 月，一場比卡林頓事件弱得多的地磁暴導致魁北克省停電 12 小時，因為它使整個省的電網過載。今天，由宮宅事件引起的地磁暴可能會造成更廣泛的影響，包括可能具有災難性的電網和衛星故障。
加利福尼亞大學歐文分校的桑吉塔·阿卜杜·喬蒂最近計算得出，今天卡林頓事件級別的風暴甚至可能導致“網際網路末日”。來自這種風暴的高能粒子可能會擊毀國家之間的海底電纜，導致全球網際網路流量中斷數週甚至數月。阿卜杜·喬蒂估計，僅在美國，這種災難每天就可能造成 70 億美元的損失。像宮宅事件這樣更強烈的事件可能會造成幾乎無法估量的損失。“對於卡林頓規模的事件，我們可能會恢復，因為我們自己的資料不會被擦除，”阿卜杜·喬蒂說。“對於強度是其 10 倍或 100 倍的事件，我不知道。我認為沒有人模擬過。我懷疑這會造成重大的資料丟失。我們可能會丟失所有記錄、銀行資訊和關鍵健康資訊，並且沒有任何可以追溯的東西。”
我們的全球文明因宮宅事件而遭受黑暗時代的可能性目前看來很渺茫。但一些估計表明，未來十年內發生卡林頓級別事件的可能性可能高達12%。我們可以透過監測太陽活動來為這種規模的事件做好準備，以便在超級耀斑及其隨後的地磁暴到來之前關閉衛星和電網。但宮宅事件可能更難防範。
與此同時，科學家們繼續在古代樹木年輪和冰芯中尋找其他極端太陽事件的證據。“我們開始意識到太陽可能比我們想象的更有活力和更活躍，”托馬斯說。“當人們研究其他恆星上的這些超級耀斑時，其中一個討論是太陽是否會這樣做。從這些歷史記錄來看，太陽似乎有能力達到這個範圍。”