李会超:沉睡在中国古籍中的极光记忆,被日本学者重温

2018年02月19日

来源:观察者网

极光是壮美的自然景观,当极光大爆发时,北欧、北美等地的天空中更是呈现绚烂多彩的景象。强烈的极光现象是太阳风暴引起的,当人们尽情享受极光带来的美景时,地球上与人类生活相关的各个方面也正遭受着太阳风暴带来的恶劣空间天气的考验。

2003年万圣节期间,一次强太阳风暴袭击了地球,让国际空间站上的宇航员不得不进入了防护性能更好的舱段中躲避高能辐射。几乎所有在轨工作的卫星都采取了关机或进入安全模式等方式避险,但即便在采取措施的情况下,日本价值六亿四千万美元的ADEOS-2卫星仍被高能粒子击毁。太阳风暴引发的地磁暴使得北欧和北美的电网中出现了异常电流,瑞典马尔摩的电力供应因主变压器过热而中断。依赖GPS高精度定位的的钻井、测绘等应用因太阳风暴的干扰停摆,中美间飞跃北极的航班因高频无线电通信中断而改道,南极科考站点之间的无线电联系也因太阳风暴而中断。

(绚烂的极光)

2003年万圣节期间的太阳风暴造成了不小的损失,但这并不是太阳风暴威力的“绝唱”。1859年,英国天文学家卡灵顿在一次偶然的机会中观察到了太阳风暴的爆发,19小时后,地球磁场在太阳风暴的吹拂下,产生了如同地震一般的剧烈扰动。当时,地磁场在美国有线电报网中产生的电流,甚至可以使电报网摘除电源自行工作。据英国保险公司劳埃德(Lloyd)作出的风险评估,1859年的这次太阳风暴威力比2003年的更大,如果同样的事件发生在今天,仅电力设施被毁一项就可以给北美地区造成2.6万亿美元的巨额损失。

地球对太阳风暴的响应具有全球性,而关于卡灵顿事件的记录大都集中在欧美等地。最近,来自日本京都大学文学研究科的早川尚志等学者在中国史籍中的发现,填补了1859年太阳风暴事件在东半球记录的空白。

由于地磁南北极相对于地理南北极的偏离,只有太阳风暴相当猛烈时,极光才有可能在我国境内观察到。中国古代并没有对极光的物理成因做出研究,但由于天空中的异常现象被认为是因人事而致,并且预兆着新的社会变动,因此异常天象一般会对社会活动造成影响,史书中也会对此进行记载。早川尚志等学者在河北省石家庄市栾城区的地方志《栾城县志》中,发现了同一时期对极光的记录:

“清官咸丰九年……,秋八月癸卯夜,赤气起于西北,亘于东北,平明始灭。”

“赤气”中国古代对极光的称呼。太阳风暴越强,极光就越向靠近赤道的地方延伸。综合《栾城县志》中的这条记录和日本古籍中的记录,早川尚志等研究者发现极光的可见范围在东半球延伸到了磁纬度23度左右,与欧美等西半球的记录相符。

(《栾城县志》中的极光记载)

而在关于1770年的超强太阳风暴研究中,古籍起到了更加重要的作用。通过《洞庭湖志》中的记载,早川尚志等学者确定了本次太阳风暴中极光现象出现的最低磁纬度为18.8度。而同一时期在清朝正史《清史稿》和《寿光县志》、《昌黎县志》、《亳州志》等地方志中发现的22处极光记录,同日本史籍一起,让研究者们对本次太阳风暴对地球影响的持续时间有了了解:在1770年9月10日至1770年9月19日期间,地球始终处于强太阳风暴的吹拂中,比1859年的那次太阳风暴的持续时间长了几乎一倍。其中,9月17日的极光记录最为密集。

使用我们今天对太阳风暴的认识进行分析后,早川尚志等认为持续时间如此之长的极光活动,很有可能是由太阳上的多个连续爆发引起的。和地震时余震的威力弱于主震不同,在这次太阳风暴过程中,时间上靠后的爆发威力可能更大,因为之前的爆发已经扫清了传播道路上的障碍,之后的爆发可以在不受行星际背景太阳风减速的情况下直逼地球而来。 在本次太阳风暴期间,正在南半球为大英帝国扩土开疆的库克船长也记录下了极光发生的现象。中日古籍与库克船长的记录共同构成本次太阳风暴的全球全景记录。

人类对太阳风暴有意识的科学研究始于1859年,而通过古籍对发生时间更早的太阳风暴进行研究,有助于我们获得对超强太阳风暴发生的频率和强度更深刻的认识,从而为未来的潜在风险做好准备。


(《天元玉历祥异赋》对太阳黑子的记录)

太阳黑子是太阳活动强弱的标志。由于古人没有现代天文观测设备,因此当他们可以用肉眼观察到太阳表面出现黑子时,意味着黑子结构已经相当明显、太阳正在孕育新的爆发。早川尚志等学者也使用黑子和极光的对应关系作为判断极光记录是否可信的一个标准。在1770年太阳风暴的研究中,他们参考了同一时期德国的太阳黑子观测。

而当他们将研究的时间进一步向前延伸到元、明乃至唐、宋、五代十国时期时,则需要在中国史籍中同时检索极光和黑子的记录。例如,他们发现在记录明朝天象的《天元玉历祥异赋》中,对于太阳黑子有“日中黑气”的记载,同时也有夜间“赤气竟天”的记载。除了古籍外,也可以用同一时期的碳-14等放射性同位素的含量来反推太阳活动水平。通过对比,他们发现由同位素含量推出的太阳活动高峰期,同时也是古籍中黑子和极光现象集中出现的时期,从而互相印证了彼此的可靠性。

(《天元玉历祥异赋》中对极光的记录)

在浩如烟海的中国古籍中找到为数不多的黑子和极光记录看起来似乎是不可能完成的任务。在研究中,早川尚志借助了我国台湾地区“中央研究院”历史语言研究所开发的汉籍电子文献资料库(http://hanchi.ihp.sinica.edu.tw/ihp/hanji.htm)。通过这个数字化的史料库,研究者们只需将“黑子”、“赤气”这些关键词输入检索,即可快速得到从史记到清史稿的所有正史记录中的有关条目。当然,检索结果还需要进行人工筛选,但这个强大的数字化工具,极大的降低了史料搜集所需的人力和时间,是早川尚志的研究能够进行的关键工具。

早川尚志对1770年太阳风暴的研究工作发表在国际知名学术期刊《天体物理学快报》上(The Astrophysical Journal Letters(2017), 850:L31),其他工作大都发表在日本学术期刊《日本天文学会会刊》上(如Publ. Astron. Soc. Japan (2016) 68 (6), 91)。

在2009年出版的《中国古代天象记录的研究与应用》一书中,收录了汕头大学庄威凤研究员在1997年整理完成的《太阳活动与气候》一文,对中国古代太阳黑子记录做了翔实的分析。1990年,中国科学院紫金山天文台徐振韬研究员和南京大学蒋窈窕教授所著的《中国古代太阳黑子研究与现代应用》中,也对这方面的内容作了详细整理。

近年来,中国有关太阳风暴的研究整体上取得了突飞猛进的发展,但笔者在NASA ADS、Web of Knowledge、CNKI等中英文数据库中检索再三,也没有发现国内学者近些年在这方面的工作。

作为空间天气和太阳风暴研究的同行,笔者通过邮件和早川尚志进行了交流讨论。在回信中,早川尚志说“我认为中国古籍是最好的人类精神遗产之一”。

FJ時事新聞
责任编辑:李思_HS258

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