由赫爾辛基大學協調的研究小組能夠測量出卡林頓耀斑發生後拉普蘭地區樹木放射性碳濃度的飆升，這項發現有助於為危險的太陽風暴做好準備。 1859 年的卡靈頓事件是過去兩個世紀有記錄的最大太陽風暴之一。它表現為一個巨大的太陽黑子群出現白光耀斑，地面的電報站起火，地磁測量出現紊亂，甚至在熱帶地區也出現極光。

在赫爾辛基大學、芬蘭自然資源研究所和奧盧大學共同進行的一項研究中，首次在樹木年輪中發現了卡林頓風暴後放射性碳濃度增加的跡象。在此之前，只有在強度更大的太陽風暴中才能檢測到放射性碳的痕跡。

太陽釋放出的強磁化帶電粒子雲（稱為太陽等離子體流）與地球的地磁場相遇，就會產生地磁暴。地磁場引導太陽風暴粒子主要經由極地進入大氣層。這種現象最明顯的後果就是極光。

在高層大氣中，足夠高能量的粒子透過核反應也會產生放射性碳（14C），一種碳的放射性同位素。經過數月甚至數年的時間，放射性碳最終會進入低層大氣，成為大氣中二氧化碳的一部分，最終透過光合作用進入植物體內。光合作用過程將二氧化碳中的信息保存在樹木的年輪中。

拉普蘭的樹木是研究太陽過去行為的獨特天然檔案庫。馬爾庫-奧伊諾寧（Markku Oinonen）正在鑽取一個樣本，其中包含有關19 世紀事件的有趣資訊。圖片來源：Joonas Uusitalo

為了獲取放射性碳所保存的信息，需要從歷經數年生長的木質材料中雕刻提取樣本。透過燃燒和化學還原將樣本加工成纖維素，再將纖維素加工成純碳。使用粒子加速器測量純碳中放射性碳的比例。

主持這項研究的赫爾辛基大學年代學實驗室主任馬爾庫-奧伊諾寧（Markku Oinonen）說：”放射性碳就像一個宇宙標記，描述了與地球、太陽系和外太空有關的現象。”

在現代，如果發生與卡林頓事件相應的太陽風暴，電力和行動網路就會中斷，衛星和導航系統也會出現重大問題，導致空中交通等方面的問題。因此，要確切了解太陽活動對社會大有裨益。

比卡林頓風暴更小、更常見的太陽風暴如今可以透過測量設備和衛星進行研究，而更大的太陽風暴則可以透過測量樹木年輪中的放射性碳濃度等方法進行研究。

到目前為止，還不可能利用傳統的放射性碳技術專門研究像卡林頓事件這樣的中型太陽風暴，因為這種風暴在現代還沒有發生過。最近的研究為研究卡林頓風暴的頻率開闢了一種潛在的新方法，這可能有助於更好地應對未來的威脅。

研究結果是利用奧盧大學研究人員開發的放射性碳生成和傳輸數值模型解釋的。

奧盧大學的博士後研究員克謝尼婭-戈盧賓科（Kseniia Golubenko）說：”動態大氣碳傳輸模型是專門為描述大氣中放射性碳分佈的地理差異而開發的。”

在最近發表的研究報告中，拉普蘭樹木的放射性碳含量與低緯度地區樹木的放射性碳含量有何不同，這點意義重大。首次測量是在赫爾辛基大學加速器實驗室進行的，而在另外兩個實驗室進行的重複測量則大大降低了先前的不確定性。

這項發現有助於更了解人類排放化石燃料之前的大氣動力學和碳循環，從而能夠發展出越來越詳細的碳循環模型。

年表實驗室的博士研究員約納斯-烏西塔羅（Joonas Uusitalo）說：「太陽耀斑造成的過量放射性碳有可能主要是透過北部地區輸送到低層大氣的，這與人們對其運動的普遍認識相反。”

烏西塔羅補充說：”太陽活動的變化導致高層大氣中放射性碳生成量的周期性變化，這也有可能導致我們的研究結果中看到的地面上的局部差異。”

放射性碳的主要部分是由來自太陽系外的銀河宇宙射線產生的，儘管異常強烈的太陽風暴會在大氣中產生單一的放射性碳同位素爆發。反過來，宇宙射線又會被太陽風削弱，太陽風是源自太陽的持續粒子流，以11 年為週期在強弱之間波動。

這個問題需要進一步研究。歷史記錄顯示，1730 年和1770 年也曾發生過重大的地磁暴，因此對它們的追蹤可能是下一個重點。

編譯自/ scitechdaily