树轮中的放射性痕迹揭示了地球无法解释的“辐射风暴”的历史

在寻找行星和研究它们的恒星时，我有幸使用了一些世界上最伟大的望远镜。然而，我们的团队最近转向了一个更大的系统来研究宇宙：地球的森林。

我们分析了世界各地树木年轮中留下的放射性特征，以研究过去一万年左右席卷地球六次的神秘“辐射风暴”。

我们的结果今天发表在英国皇家学会学报 A 上，排除了“太阳超耀斑”是罪魁祸首——但真正的原因仍然未知。

用年轮书写的历史

当高能辐射撞击高层大气时，它将氮原子转化为放射性碳 14 或放射性碳。然后，放射性碳过滤空气和海洋，进入沉积物和沼泽，进入你我，进入动物和植物——包括带有年轮的硬木。

对于考古学家来说，放射性碳是天赐之物。一旦创建，碳 14 会缓慢但稳定地衰减回氮，这意味着它可以用作测量有机样品年龄的时钟，即放射性碳测年法。

对于天文学家来说，它同样有价值。树轮记录了数千年前被称为“宇宙射线”的高能粒子。

地球和太阳的磁场保护我们免受穿过银河系的宇宙射线的伤害。当这些场较弱时，更多的宇宙射线到达地球，当场强时，较少的宇宙射线。

这意味着年轮中碳 14 水平的上升和下降编码了太阳发电机（产生太阳磁场）的 11 年周期和地球磁场反转的历史。

三宅事件

但是年轮也记录了我们目前无法解释的事件。 2012年，日本物理学家Fusa Miyake在公元774年发现了树木年轮中放射性碳含量的峰值。如此之大，通常需要数年时间的宇宙射线必须一次到达。

随着越来越多的团队加入搜索，发现了更多关于“三宅事件”年轮的证据：公元 993 年和公元前 663 年，以及公元前 5259 年、公元前 5410 年和公元前 7176 年的史前日期。

这些都引发了考古学的一场革命。在古代样本中找到这些短而尖锐的尖峰中的一个可以将其定为一年，而不是普通放射性碳测年的数十年或数百年的不确定性。

除其他外，我们的同事利用公元 993 年的事件来揭示美洲第一个欧洲人定居点的确切年份，即纽芬兰 L'Anse aux Meadows 的维京村庄：公元 1021 年。

巨大的辐射脉冲会再次发生吗？

在物理学和天文学中，这些三宅事件仍然是一个谜。

你是怎么得到这么大的辐射脉冲的？大量论文将其归咎于超新星、伽马射线爆发、磁化中子星的爆炸，甚至彗星。

然而，最被广泛接受的解释是三宅事件是“太阳超耀斑”。这些假设的太阳爆发的能量可能是现代记录中最大的 1859 年卡林顿事件的 50 到 100 倍。

如果今天发生这样的事件，它将摧毁电网、电信和卫星。如果这些随机发生，大约每千年一次，那是每十年 1% 的机会——这是一个严重的风险。

噪声数据

我们 UQ 的团队着手筛选所有可用的年轮数据，并提取 Miyake 事件的强度、时间和持续时间。

为此，我们必须开发软件来求解一个方程组，该方程组模拟了放射性碳如何在整个全球碳循环中过滤，找出哪些部分最终会在几年内出现在树上，而不是海洋、沼泽或你和我。

与考古学家合作，我们刚刚发布了对所有 98 个已发布的 Miyake 事件数据树的可重复、系统研究。我们还发布了开源建模软件作为未来工作的平台。

太阳耀斑风暴

我们的结果证实，每个事件一次提供一到四年的正常辐射。早期的研究表明，靠近地球两极的树木记录了一个更大的峰值——如果太阳超级耀斑是负责任的，这是我们所预料的——但我们的工作，观察更大的树木样本，表明情况并非如此。

我们还发现，这些事件可能发生在太阳 11 年周期的任何时间点。另一方面，太阳耀斑往往发生在周期的高峰期。

最令人费解的是，一些峰的碳含量似乎高于新的放射性碳周期中的缓慢蠕变需要更长的时间。这表明这些事件有时可能需要一年多的时间，这对于巨大的太阳耀斑来说是不可预测的，或者树木的生长季节并不像以前认为的那样一致。

在我看来，太阳仍然是三宅事件最有可能的罪魁祸首。然而，我们的结果表明，我们所看到的更像是太阳耀斑风暴，而不是巨大的超级耀斑。

为了确定这些事件中究竟发生了什么，我们需要更多数据来更好地了解我们已经知道的事情。为了获得这些数据，我们需要更多的树木年轮以及其他来源，例如北极和南极冰芯。

这是真正的跨学科科学。通常我会想到干净、准确的望远镜：要了解复杂、相互关联的地球要困难得多。