今年5月初的非凡极光展示了太阳风暴可以以辐射的形式释放出的力量，但太阳偶尔也会做一些更具破坏性的事情。被称为“太阳粒子事件”，这些直接来自太阳表面的质子爆炸可以像探照灯一样射向太空。

记录显示，地球大约每隔一千年就会受到一次极端太阳粒子事件的袭击，这可能会对臭氧层造成严重破坏，并增加地球表面的紫外线辐射水平。

我们在7月1日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中分析了在这种极端事件中会发生什么。我们还表明，在地球磁场较弱的时候，这些事件可能会对地球上的生命产生巨大影响。

地球的关键磁屏蔽

地球的磁场为生命提供了一个至关重要的保护茧，使来自太阳的带电辐射偏转。在正常状态下，它的功能就像一个巨大的条形磁铁，磁力线从一极上升，绕一圈，然后在另一极回落，这种模式有时被描述为“倒置的葡萄柚”。两极的垂直方向允许一些电离宇宙辐射穿透到上层大气，在那里它与气体分子相互作用，产生我们所知的极光。

然而，随着时间的推移，这个领域发生了很大的变化。在过去的一个世纪里，北磁极以每年约40公里的速度穿过加拿大北部，磁场减弱了6%以上。地质记录显示，有几个世纪或几千年的时期，地磁场非常微弱，甚至完全没有。

我们可以通过观察火星来了解没有地球磁场会发生什么。火星在古代失去了全球磁场，结果失去了大部分大气层。五月，在极光之后不久，一个强烈的太阳粒子事件袭击了火星。它扰乱了火星奥德赛号宇宙飞船的运行，并导致火星表面的辐射水平比你在胸部x光中接受的辐射水平高出约30倍。

质子的力量

太阳的外层大气发出一种不断波动的电子和质子流，被称为“太阳风”。然而，在太阳粒子事件中，太阳表面偶尔也会释放出能量爆发，主要是质子——这通常与太阳耀斑有关。

质子比电子重得多，携带的能量更多，因此它们在地球大气层中到达较低的高度，激发空气中的气体分子。然而，这些被激发的分子只发出肉眼看不见的x射线。

每个太阳周期(大约11年)都会发生数百次弱太阳粒子事件，但科学家们在地球历史上发现了更强事件的痕迹。一些最极端的地震强度是现代仪器记录的数千倍。

极端太阳粒子事件

这些极端的太阳粒子事件大约每隔几千年发生一次。最近的一次发生在公元993年左右，用来证明加拿大的维京建筑使用了公元1021年砍伐的木材。

臭氧越少，辐射就越多

除了它们的直接影响之外，太阳粒子事件还可以在高层大气中启动一系列化学反应，从而消耗臭氧。臭氧吸收有害的太阳紫外线辐射，这会损害视力和DNA(增加患皮肤癌的风险)，还会影响气候。

在我们的新研究中，我们使用全球大气化学的大型计算机模型来检查极端太阳粒子事件的影响。

我们发现这样的事件可能会消耗臭氧水平一年左右，提高表面的紫外线水平，增加DNA损伤。但是，如果太阳质子事件发生在地球磁场非常弱的时期，那么臭氧破坏将持续六年，紫外线水平将增加25%，太阳引起的DNA损伤率将提高50%。

来自过去的粒子爆炸

这种弱磁场和极端太阳质子事件的致命组合有多大可能?考虑到它们每一种发生的频率，它们一起发生的频率似乎相对较高。

事实上，这些事件的结合可以解释地球过去发生的一些神秘事件。

最近的弱磁场时期——包括北极和南极的临时转换——开始于4.2万年前，持续了大约1000年。几个主要的进化事件发生在这段时间，比如欧洲最后一批尼安德特人的消失，以及澳大利亚巨型袋熊和袋鼠等有袋类巨型动物的灭绝。

一个更大的进化事件也与地球的地磁场有关。南澳大利亚弗林德斯山脉的化石记录了埃迪卡拉纪末期(5.65亿年前)多细胞动物的起源，发生在2600万年的弱磁场或无磁场时期之后。

同样，寒武纪大爆发(约5.39亿年前)中各种动物群体的快速进化也与地磁和高紫外线水平有关。在多个不相关的群体中，眼睛和坚硬的身体外壳同时进化，被描述为探测和避免有害紫外线的最佳手段，即“躲避光线”。

我们才刚刚开始探索太阳活动和地球磁场在生命历史中的作用。