人類仰望夜空時(shí)常會(huì)被極光的絢爛所吸引，但在地球磁場(chǎng)保護(hù)傘之外，太陽活動(dòng)可能極具殺傷力，強(qiáng)烈耀斑和高能帶電粒子噴發(fā)足以對(duì)宇航員和航天器構(gòu)成致命威脅。近期，日本沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）的研究團(tuán)隊(duì)借助樹輪碳同位素精密測(cè)量與中世紀(jì)文獻(xiàn)記載相結(jié)合，成功鎖定了一次發(fā)生在公元1200年至1201年間的太陽質(zhì)子事件，為重建過去太陽活動(dòng)并改進(jìn)未來空間天氣預(yù)報(bào)提供了關(guān)鍵線索。

所謂太陽質(zhì)子事件（Solar Proton Events，SPE），是指太陽在劇烈爆發(fā)時(shí)向地球方向拋射出高能質(zhì)子等粒子，這些粒子最高可達(dá)到接近光速九成的速度飛向地球。在1972年，太陽就曾在阿波羅16號(hào)與阿波羅17號(hào)任務(wù)之間連續(xù)爆發(fā)多次此類事件，如果當(dāng)時(shí)有宇航員在深空?qǐng)?zhí)行任務(wù)，在缺乏有效屏蔽的情況下，他們很可能會(huì)遭遇致命劑量的輻射。隨著載人登月和更深遠(yuǎn)載人航天計(jì)劃重新提上日程，如何識(shí)別和評(píng)估這類“突發(fā)太陽暴”的風(fēng)險(xiǎn)，變得愈發(fā)重要。

OIST的研究團(tuán)隊(duì)此次采取了一種全新的“跨學(xué)科取證”方法：一方面，他們選取了日本本州北部青森縣下北半島出土的埋藏扁柏（asunaro）木材樣本，對(duì)其中的碳14含量進(jìn)行逐年高精度測(cè)量；另一方面，則依托中世紀(jì)日本貴族藤原定家的日記《明月記》以及同時(shí)期中國(guó)史料中的極光記錄，鎖定疑似強(qiáng)太陽活動(dòng)時(shí)段，再在樹輪數(shù)據(jù)中“對(duì)點(diǎn)”尋找異常。

碳14是在高能粒子轟擊地球大氣時(shí)生成的一種放射性碳同位素，它會(huì)隨著大氣循環(huán)進(jìn)入植物體內(nèi)并固定在當(dāng)年的樹輪中，相當(dāng)于為當(dāng)年的宇宙線與太陽活動(dòng)“留底片”。以往科學(xué)家已經(jīng)借助這一方法在長(zhǎng)達(dá)約一萬年的時(shí)間尺度上重建過太陽活動(dòng)史，但要捕捉強(qiáng)度略低、頻率更高的“次極端”太陽質(zhì)子事件，既需要極高的測(cè)量精度，也需要盡可能縮小時(shí)間搜索窗口。

這正是歷史文獻(xiàn)發(fā)揮作用的地方。藤原定家（1162–1241）在日記中記載，公元1204年2月，他在京都看到“北方天空出現(xiàn)紅光”。雖然太陽質(zhì)子事件本身并不直接產(chǎn)生極光，但往往與能激發(fā)極光的強(qiáng)烈太陽活動(dòng)伴生，這一記載給研究團(tuán)隊(duì)提供了關(guān)鍵線索。他們據(jù)此選定相鄰年份的樹輪樣本進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，最終在1200年冬至1201年春這段時(shí)間里發(fā)現(xiàn)了顯著的碳14異常上升，表明當(dāng)時(shí)發(fā)生過一次強(qiáng)度為“次極端”級(jí)別的太陽質(zhì)子事件。

為了進(jìn)一步精確定位年份并驗(yàn)證相關(guān)性，團(tuán)隊(duì)還運(yùn)用樹輪年代學(xué)與樹輪氣候?qū)W（dendroclimatology）技術(shù)，通過對(duì)樹輪寬度與氣候模式的對(duì)比分析，細(xì)化了事件的時(shí)間界限。除日本文獻(xiàn)外，同一時(shí)期中國(guó)史書中也有關(guān)于低緯度紅色極光的罕見記錄，這與樹輪碳14異常所指示的時(shí)間段高度吻合，進(jìn)一步支撐了這次太陽事件的存在。

研究負(fù)責(zé)人、OIST太陽—地球環(huán)境與氣候研究單元的宮原裕子教授指出，以往對(duì)歷史太陽質(zhì)子事件的研究多集中于極少數(shù)“超級(jí)事件”，而此次工作的意義在于為識(shí)別更常見但仍具有明顯危害性的“次極端”事件提供了方法學(xué)基礎(chǔ)。這類事件的能量大約是已知最極端事件的10%至30%，雖然不至于引發(fā)全球性災(zāi)難，卻足以對(duì)在軌衛(wèi)星、深空任務(wù)以及未來月球基地的安全構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

通過高精度碳14測(cè)量，研究團(tuán)隊(duì)不僅鎖定了一次具體的太陽質(zhì)子事件，還重構(gòu)了公元1190年至1220年前后太陽活動(dòng)周期的細(xì)節(jié)。分析顯示，與如今大約11年的太陽活動(dòng)周期不同，當(dāng)時(shí)太陽周期僅有約7至8年，處于一個(gè)異常活躍的階段。此次被確定的太陽質(zhì)子事件就發(fā)生在其中一個(gè)周期的峰值階段，這一結(jié)果為理解太陽在不同時(shí)期的活動(dòng)模式提供了重要證據(jù)。

宮原教授強(qiáng)調(diào)，僅憑碳14數(shù)據(jù)并不足以完整還原太陽行為，必須與歷史文獻(xiàn)中的黑子與極光觀察記錄相互印證。她指出，通過樹輪數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)記載的綜合比對(duì)，研究人員可以更準(zhǔn)確地重建太陽活動(dòng)的時(shí)序，從而更好地理解極端空間天氣事件產(chǎn)生的條件和特征。例如，本次重建結(jié)果顯示，雖然這次太陽質(zhì)子事件出現(xiàn)在太陽活動(dòng)峰期，但部分歷史上持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的低緯度極光現(xiàn)象卻似乎落在他們重建周期的接近谷底階段，這一“反常”現(xiàn)象暗示著太陽在極小期也可能以不同機(jī)制觸發(fā)特殊的空間天氣事件。