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【前沿報道】Nature Communications:公元774-775年的強太陽活動——來自樹輪14C的證據
2018-09-08 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  1414C)是的一種具放射性的同位素,它由宇宙射線撞擊空氣中的氮原子所產生。地球上14C的多少反映了當時宇宙射線的強度。如何了解過去14C的變化?主要通過測量樹木年輪中的14C豐度來實現:含有14C的二氧化碳通過光合作用被樹木吸收,儲存到當年形成的樹輪后,14C便不再與外界交換,因此當年大氣的14C信息被樹木年輪所保存,通過測量年輪每一年的14C變化,就可以恢復古大氣中14C的變化,進而了解宇宙射線的強度變化。

  日本科學家Miyake et al.2012)曾在對日本樹木年輪中14C豐度的測試中發現,公元774-77514C豐度顯著增加,增加幅度達到12,是正常太陽活動所引起的變化幅度的20倍(1)。此后,該現象在北半球不同區域以及新西蘭的樹木中均有發現(Jull et al., 2014;Güttler et al., 2015)。上述結果表明:774-77514C豐度顯著增加的現象很可能是全球性的事件,揭示當時曾發生過一次強宇宙核素事件。  

1 日本樹木年輪中記錄的14C774-775年的異常增強現象 (Miyake et al., 2012)  

  是什么原因導致774-775年強宇宙射線核素事件?就目前的認識來看,只有兩種已知的現象可以導致宇宙射線強度在一年內發生如此重大的變化:一種是超新星爆發,另一種是強太陽質子事件(large solar proton event, SPE)。如果是超新星爆發導致的,那么超新星爆發所發出的強光會被肉眼觀察到,但是世界各地并沒有這樣的記載。那是不是強太陽質子事件導致的呢?  

  芬蘭赫爾辛基大學芬蘭自然歷史博物館Unsitalo的團隊近期Nature Communications上發表最新研究成果,認為強太陽質子事件可能是774-77514C豐度顯著增加的原因。他們的主要研究思路是:基于現代時期太陽質子事件所導致的14C緯度效應2,通過重建774-77514C與緯度的關系3,來推測14C774-775年間突增的原因。  

    

2 1956年強太陽質子事件時不同緯度的14C產率 (Unsitalo et al., 2018) 

  宇宙射線核素14C的緯度效應是指14C強度在地磁高緯地區較高,在低緯地區較低,呈現較明顯的緯度依賴性。原因是地球磁場會影響宇宙射線進入地球大氣層,宇宙射線更容易在極地高緯地區進入大氣層,在低緯赤道地區則受到較強的地磁場屏蔽作用,從而造成緯度效應。他們首次建立了774-775年事件時樹輪14C強度與緯度的關系,發現隨緯度的增加,14C強度隨之增加(3),與現代強太陽質子事件時14C與緯度的關系一致(2),從而揭示了正是一次強太陽質子事件導致了當年的14C突增的現象。

3 774-775太陽質子事件發生時,14C強度與緯度的關系 (Unsitalo et al., 2018)  

 

  相關參考文獻

  Güttler D, Adolphi F, Beer J, et al. Rapid increase in cosmogenic 14C in AD 775 measured in New Zealand kauri trees indicates short-lived increase in 14C production spanning both hemispheres[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2015, 411: 290-297.原文鏈接  

  Jull A J, Panyushkina I P, Lange T E, et al. Excursions in the 14C record at AD 774-775 in tree rings from Russia and America[J]. Geophysical Research Letters, 2014, 41(8): 3004-3010.原文鏈接  

  Miyake F, Nagaya K, Masuda K, et al. A signature of cosmic-ray increase in AD 774-775 from tree rings in Japan[J]. Nature, 2012, 486(7402): 240.原文鏈接  

  Uusitalo J, Arppe L, Hackman T, et al. Solar superstorm of AD 774 recorded subannually by Arctic tree rings[J]. Nature communications, 2018, 9: 3495.原文鏈接         

  【感謝何宏青副研究員對本文的完善】

    (撰稿:許晨曦

 
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