極端太陽爆發(fā)和微弱磁場(chǎng)的組合是對(duì)地球的致命威脅

今年5月，壯觀的極光展示了太陽風(fēng)暴釋放的巨大能量。但太陽也會(huì)偶爾爆發(fā)出更具破壞性的“太陽粒子事件”，這些事件會(huì)從太陽表面噴射出大量質(zhì)子，直射太空。

歷史記錄表明，每隔一千年左右，地球就會(huì)遭遇一次極端的太陽粒子事件，這可能會(huì)對(duì)臭氧層造成嚴(yán)重破壞，并增加地表的紫外線輻射水平。

地球磁場(chǎng)的保護(hù)作用

地球的磁場(chǎng)為生命提供了關(guān)鍵的保護(hù)屏障，能夠偏轉(zhuǎn)來自太陽的帶電輻射。在正常情況下，地球磁場(chǎng)如同一個(gè)巨大的條形磁鐵，其磁力線從一個(gè)極點(diǎn)升起，環(huán)繞地球后再回到另一個(gè)極點(diǎn)。這種排列方式允許一些電離的宇宙輻射進(jìn)入到上層大氣，與氣體分子相互作用，形成我們所見的極光。

然而，地球的磁場(chǎng)會(huì)隨時(shí)間發(fā)生顯著變化。過去一個(gè)世紀(jì)里，北磁極以每年約40公里的速度在加拿大北部漂移，磁場(chǎng)強(qiáng)度已經(jīng)減弱了超過6%。地質(zhì)記錄顯示，有幾個(gè)世紀(jì)甚至幾千年的時(shí)間段，地球的磁場(chǎng)曾非常微弱，甚至完全消失。

火星的真實(shí)案例

我們可以通過觀察火星來了解沒有磁場(chǎng)保護(hù)的情況。火星在遠(yuǎn)古時(shí)期失去了全球磁場(chǎng)，并因此失去了大部分大氣層。今年5月，一次強(qiáng)烈的太陽粒子事件擊中火星，導(dǎo)致火星奧德賽探測(cè)器的運(yùn)行受到干擾，并使火星表面的輻射水平比胸部X光檢查還高出30倍。

質(zhì)子的強(qiáng)悍威力

太陽的外層大氣不斷發(fā)出波動(dòng)的電子和質(zhì)子流，稱為“太陽風(fēng)”。然而，太陽表面也會(huì)間歇性地爆發(fā)能量，主要以質(zhì)子為主，這就是太陽粒子事件。質(zhì)子比電子重得多，攜帶的能量也更高，能夠到達(dá)地球大氣的較低層，激發(fā)空氣中的氣體分子。

每個(gè)太陽活動(dòng)周期（大約11年）都會(huì)發(fā)生數(shù)百次較弱的太陽粒子事件，但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在地球歷史上，曾有過強(qiáng)度遠(yuǎn)超現(xiàn)代記錄的極端事件。

極端太陽粒子事件

這些極端太陽粒子事件大約每幾千年發(fā)生一次，最近的一次發(fā)生在公元993年，并在1021年維京人在加拿大建造建筑使用的木材中被確認(rèn)。

臭氧層減少，輻射增加

太陽粒子事件不僅會(huì)對(duì)臭氧層造成即時(shí)影響，還會(huì)啟動(dòng)大氣中的一系列化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步削減臭氧。臭氧吸收有害的紫外線輻射，保護(hù)我們的視力和DNA。我們的新研究使用大型計(jì)算機(jī)模型模擬了極端太陽粒子事件的影響，發(fā)現(xiàn)這種事件會(huì)使臭氧層被削弱一年時(shí)間，增加地表的紫外線水平，并提升DNA損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

如果太陽粒子事件發(fā)生在地球磁場(chǎng)極度微弱的時(shí)期，臭氧損耗可能持續(xù)六年，紫外線水平將增加25%，由太陽引起的DNA損傷風(fēng)險(xiǎn)會(huì)提高多達(dá)50%。

微弱磁場(chǎng)與極端太陽粒子事件同時(shí)發(fā)生

微弱磁場(chǎng)與極端太陽粒子事件同時(shí)發(fā)生的致命組合有多常見呢？最近一次弱磁場(chǎng)時(shí)期，包括一次南北極暫時(shí)倒轉(zhuǎn)，始于42,000年前，持續(xù)了約1,000年。在此期間，歐洲的最后一批尼安德特人消失，澳大利亞的巨型有袋動(dòng)物滅絕。

地球生物大規(guī)模演化事件也與地球磁場(chǎng)有關(guān)。多細(xì)胞動(dòng)物的起源發(fā)生在5.65億年前的埃迪卡拉紀(jì)結(jié)束時(shí)，當(dāng)時(shí)的地磁場(chǎng)極其微弱或不存在。類似地，寒武紀(jì)大爆發(fā)（約5.39億年前）期間各種動(dòng)物的迅速演化也與地磁場(chǎng)和高紫外線水平有關(guān)。

同時(shí)，多種不相關(guān)群體同時(shí)進(jìn)化出眼睛和堅(jiān)硬的身體外殼，這被認(rèn)為是檢測(cè)和避開有害紫外線的最佳手段。

我們才剛剛開始探索太陽活動(dòng)和地球磁場(chǎng)在生命歷史中的作用。這些研究不僅有助于我們理解過去的重大演化事件，還能幫助我們預(yù)測(cè)未來潛在的風(fēng)險(xiǎn)。這些信息對(duì)于我們的未來至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兲峁┝岁P(guān)于如何保護(hù)我們的星球免受未來太陽活動(dòng)影響的線索。