41000年前由于弱磁场，地球受到宇宙射线的撞击

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一幅插图显示宇宙射线在地球上流动。（图片来源：Robert Lea（与Canva共同创作））

（）据美国太空网（Robert Lea）：地球不断受到被称为宇宙射线的高能带电粒子的轰击。我们通常被地球的磁泡，即磁层所屏蔽。但当这个盾牌减弱时会发生什么？

宇宙射线主要是由强大的天体事件（如大质量恒星的超新星死亡）向太空发射的氢原子核。这些能量惊人的粒子通常被磁层拦截，磁层也保护我们免受来自太阳的强烈太阳辐射。

然而，磁层并不是一个单一的、不变的实体。磁北不仅与地理上的“正北”略有“摆动”，而且整个磁层偶尔也会“翻转”。这导致磁场的北极变南，反之亦然，磁场强度在这个过程中减弱。

除此之外，还有其他短暂的时期，磁层的两个磁极“消失”，被大量磁极取代。在这些被称为“磁场漂移”的时期，磁极的强度也会减弱，这意味着我们的星球在这些时候受到的宇宙射线的保护较差。

问题是，低磁层强度的时期是否也与地球生物圈的重大动荡有关？地球生物圈是我们星球上存在生命的完整区域，从山顶到最深的海沟？

德国波茨坦GFZ的科学家桑贾·帕诺夫斯卡在一份声明中表示：“了解这些极端事件对其未来的发生、太空气候预测以及评估对环境和地球系统的影响至关重要。”。



一幅宇宙射线流入地球大气层，形成二次粒子簇射的插图。（图片来源：CERN）

为了确定地球经历比平时更重的宇宙射线轰击的时间，科学家可以测量不同同位素的丰度。这些是一种元素的变体，其原子核中有不同数量的中子。

当宇宙射线撞击地球大气层中的粒子时，它们会产生被称为“宇宙成因放射性核素”的同位素阵雨，这些同位素会降落到我们星球的表面。随着时间的推移，这些物质在沉积物中积累，科学家可以在从海床和南极洲和格陵兰岛等地区钻探的冰芯中回收后进行研究。

一个研究得很好的磁场漂移例子是大约41000年前发生的Laschamps漂移。帕诺夫斯卡一直在研究这一事件中地球磁层强度与铍-10等宇宙成因放射性核素浓度之间的关系。

她发现，与今天宇宙射线轰击产生这种宇宙成因放射性核素的速率相比，铍-10的平均生产速率翻了一番。这表明在Laschamps漂移期间，磁层强度非常低，导致更多的宇宙射线到达地球大气层，并产生次级粒子阵雨。

帕诺夫斯卡利用这些测量结果重建了地球的磁层，发现在这一事件中，当其强度下降时，磁层会收缩。她希望这次重建将帮助她和其他科学家从宇宙成因放射性核素和宇宙射线轰击中获得更多信息。

帕诺夫斯卡星期五（4月19日）在2024年欧洲地球科学联盟大会上介绍了宇宙射线的发现。