人類夜空常被極光絢爛景象吸引，但地球磁場保護以外，太陽高能粒子殺傷力強烈，高速帶電粒子足以對太空人及航天器構成致命威脅。近日本沖繩科學技術學院（OIST）研究團隊，借樹輪石同位素精準測量與中世紀文獻記載結合，成功鎖定元祿1200年至1201年間一次太陽粒子事件，為重建過去太陽活動並改善未來太空天氣預報提供關鍵線索。 所謂太陽粒子事件（Solar Proton Events，SPE），指太陽在耀斑爆發時向地球方向投射高能粒子，這些粒子最高可達接近光速90%的速度飛向地球。
1972年，太陽曾在阿波羅16號與17號任務之間連續爆發多次此類事件，若當時有太空人在深空執任務，在缺乏有效屏蔽情況下，他們很可能會遭受致命劑量的輻射。隨著載人登月及更深遠載人航天計劃重上日程，如何辨別及評估這類「突發太陽暴」的風險，變得日益重要。
樹輪石14捕捉千年太陽風暴
OIST研究團隊此次採用一種全新的「跨學科取證」方法：一方面，他們選取日本本州北部青森縣下北半島出土的蘆楢（asunaro）木材，對其中石14含量進行逐年高精準測量；另一方面，依賴中世紀日本藤原定家的日記《明月記》及同期中國史料中的極光記載，鎖定疑似強太陽活動時段，再在樹輪數據中「對點」尋找異常。石14是在高能粒子擊中地球大氣時產生的放射性同位素，它會隨大氣環流進入植物體內並固定在當年樹輪中，相當於當年宇宙線與太陽活動的「留底片」。
以往科學家已借此法在長達約一萬年的時間尺度上重建過太陽活動史，但要捕捉強度中等、頻率更高、更罕見的「次極端」太陽粒子事件，既需極高測量精度，也需盡可能縮小時間搜尋窗。這正是歷史文獻發揮作用之處。藤原定家（1162–1241）在日記中記載，元祿1204年2月，他在京都看見「北方天空出現紅光」。雖然太陽粒子事件本身並不直接產生極光，但往往與能激發極光的強耀斑太陽活動伴生，這一記載給研究團隊提供關鍵線索。
他們據此選定相關年份樹輪木材進行重點檢測，最終在1200年冬至1201年春這段時期發現顯著石14異常上升，表明當時發生過一次強度為「次極端」級別的太陽粒子事件。 為進一步精準定位年代並驗證相關性，團隊還運用樹輪年代學與樹輪氣候學（dendroclimatology）技術，透過對樹輪寬度與氣候模式的對比分析，細化事件時間界限。除日本文獻外，同一年期中國史料中亦有低緯度紅色極光罕見記載，與樹輪石14異常所示時段高度吻合，進一步支撐了這次太陽事件的真實存在。
研究負責人、OIST太陽—地球環境與氣候研究單位的柳原崇子教授指出，以往對歷史太陽粒子事件的研究多聚焦極少數「世紀事件」，而此次工作意義在於為辨別更常見但仍有明顯危害性的「次極端」事件提供方法學基礎。這類事件的能量大約是已知最極端事件的10%至30%，雖然不至引發全球性饑荒，卻足以對軌道衛星、深空任務及未來月球基地的安建構成嚴重挑戰。 透過高精度石14測量，研究團隊不僅鎖定一次實體太陽粒子事件，還重建了元祿1190年至1220年前後太陽活動週期的細節。
分析顯示，與如今大約11年的太陽活動週期不同，當時太陽週期僅約7至8年，處於一個異常活躍的階段。此次確定的太陽粒子事件就發生在其一週期的峰值階段，這一結果為理解太陽在不同時期活動模式提供重要證據。 柳原教授強調，單憑石14數據並不足以完整還原太陽行為，須與歷史文獻中的黑子及極光觀測記載相互印證。他指出，透過樹輪數據與文獻記載的綜合比對，研究人員可更準確重建太陽活動時序，從而更好地理解極端太空天氣事件產生的條件與特徵。
例如，本次重建結果顯示，雖然這次太陽粒子事件發生在太陽活動峰期，但部分歷史上持續時間較長的低緯度極光現象卻落在他們重建週期的接近谷底階段，這一「反常」現象暗示太陽在極小期亦能以不同機制觸發特殊的太空天氣事件。
