256年前的地方志里藏着一场“史诗级”超级地磁暴

　　科技日报记者 罗云鹏 通讯员 谢梁晖

　　“戌初，蚩尤旗见，有赤气出城北隅，俄而中分碧白光百道，闪烁交互约一更时，渐变为火色，经天照耀，达曙乃收。”

　　这是256年前的一个秋夜，湖南洞庭湖畔的人们抬头望见了一幅难以解释的景象，并被记录在中国古代地方志《洞庭湖志》中。两个半世纪之后，这段寥寥几十个字的古文，成为科研工作者重新认识人类历史上一次超级空间天气事件的重要证据。

　　近日，由哈尔滨工业大学(深圳)空天科技学院教授袁丁、副教授王博弋等组成的科研团队，通过系统挖掘中国古代地方志中的极光记录，对发生于清乾隆三十五年(1770年)9月的一场超级地磁暴进行了定量重建。相关研究成果发表在国际期刊《天文学和空间科学前沿》上。

　　地方志记录一场冲向低纬度的“极光风暴”

　　极光通常属于高纬度地区，在正常情况下，想在湖南看到极光几乎不可想象。但1770年9月，《洞庭湖志》不仅记录了红色天空，还特别写下“碧白光百道”“闪烁交互”“经天照耀”等细节。

　　这意味着，当时的极光带已经从高纬区域一路向赤道方向扩张。

　　基于此，研究团队结合1770年的历史地磁场模型，对《洞庭湖志》记载地点(现湖南省益阳市)重新计算磁纬度，并根据极光的观测高度和视角进行反推。

　　“此次事件中，北半球极光椭圆的赤道向边界至少推进到磁纬20.40°N；益阳市的地理纬度为29.9°N，而1770年的地磁极均偏向北美约10度。”袁丁介绍，“这是中国各地很难肉眼直接看到极光的主要原因。”

　　在袁丁看来，该事件属于“史诗级”的地磁暴和空间天气事件，于是迅速联合同学院的王博弋开展合作研究工作。

　　作为对比，1859年“卡林顿事件”经相同方法重建后的极光磁纬度边界约为28.30°N，也就是说，1770年的极光带比“卡林顿事件”扩张得更靠近赤道。

　　与此同时，在地球另一侧，库克船长远征队也在南半球低纬地区(马六甲海峡)留下了同期极光观测记录。南北半球几乎同时出现异常低纬极光，进一步表明，当时整个地球磁层都经历了一场极端压缩和扰动。

　　它可能比“卡林顿事件”还要强

　　在空间天气研究中，“卡林顿事件”一直是近乎传奇的名字。这场地磁暴曾令欧美电报系统大面积异常，有的电报设备甚至在断开电源四小时后仍能工作，操作员遭受电击。

　　虽当时人类社会尚未进入高度电气化和卫星化时代，但后果已经相当惊人；而今天，倘若类似规模的事件再次发生，卫星、导航定位、航空通信、电网以及大量依赖空间基础设施的现代系统或将面临冲击。

　　王博弋介绍，极端地磁暴可影响电网、管线和通信网络，2024年5月的大地磁暴(约20年一遇)曾导致星链计划发射的48颗卫星中39颗坠毁。

　　有趣的是，当研究团队重建“乾隆三十五年事件”时发现，该事件的规模可能还在“卡林顿事件”之上。

　　研究团队根据极光边界与Dst地磁指数之间的经验关系，得出“乾隆三十五年事件”的最佳估计值约为−1319 nT；用完全相同的方法计算“卡林顿事件”，则约为−1025 nT。从中心估计看，1770年“乾隆三十五年事件”的强度大约高出30%。

　　更令人震撼的是它的罕见程度。极值统计模型给出的中心估计表明，这一级别事件的重现周期约为1.4万年，而卡林顿级事件约为1400年。

　　研究团队因此提出，1770年的“乾隆三十五年事件”，或为理解太阳—地球系统能够产生多强的极端扰动，提供了一个新的历史标杆。

　　换句话说，《洞庭湖志》中看似只是在描述一场奇异天象的文字，背后对应的，可能是一次在人类有文字记载的历史中都极为罕见的超级太阳—地球事件。

　　“蚩尤旗”成为科学家的观测数据

　　记者了解到，这项研究的意义不光在于发现了一场更强的地磁暴，更在于它展示了另一种可能：一部几百年前的地方志，也可以成为现代空间科学的“观测数据库”。

　　现代连续地磁观测历史不足200年，对于千年甚至万年尺度的极端事件而言，这段时间实在太短。如果只依靠现代仪器，人们很难知道太阳活动真正的极限在哪里，也难以准确判断那些“万年一遇”的事件究竟有多强、多久发生一次。

　　袁丁说，现代仪器记录时间过短，正是限制人类理解极端地磁事件上限的重要原因，而历史文献能够把观测基线向前延伸数百年乃至数千年。

　　中国古代文献，恰好提供了这样一条跨越时间限制的道路。中国古人长期具有系统观测和记录天象的传统，从官方史书到地方志，日食、彗星、客星、太阳黑子、异常天光等大量自然现象被一代代书写、整理并保存下来。

　　此次研究除了《洞庭湖志》，研究团队还系统调查了《清史稿》《二十四史》《清实录》等历史文献，并结合《中国古代天象记录总集》《中国古代极光年表》等现代整理成果，对1770年的记录进行交叉核验。

　　数据显示，仅1770年9月11日至19日，研究人员就在中国境内整理出23条极光记录，其中尤其关注海南、广东、广西、云南等低纬地区。同样的记载亦在我国多地方志中出现，例如，《蓟州志》《永平府志》《甘肃新通志》等。

　　相关文字，在古人笔下或是“赤气”、或是“白气”、或是“火光”与“蚩尤旗”等。进入现代科学体系后，却可以进一步被转化为时间、地点、颜色、方向、观测高度和磁纬度，最终成为重建太阳活动和地球空间环境的定量证据。

　　值得一提的是，这并非团队第一次尝试让古籍中的天象记录“走出故纸堆”。此前，袁丁团队已围绕1770年极光事件开展古天象可视化研究，将生成式人工智能与极光物理规律相结合，对《洞庭湖志》中“碧白光百道”“渐变为火色”“经天照耀”等文字描述进行科学复原。

　　在引入极光高度、光谱特征和演化过程等物理约束后，研究团队成功再现了“绿光射线初现—漫天红光铺展”的动态过程，相关成果曾发表在国际期刊《空间研究进展》上。

　　该研究介绍，中国区域性地方志所保存的天象记录，其历史可以追溯至两千多年前，这些文献此前已经帮助现代科学家研究公元1054年的超新星，以及公元前709年的太阳活动与日食现象。

　　而相比于欧洲，东亚社会长期存在较强的制度化天象记录传统，也正因如此，大量罕见天象才能跨越数百年甚至上千年保存至今，为今天重建极端空间天气提供独特资料。

　　研究团队认为，中华古籍的价值远不止于文史研究。其中一些看似神秘，甚至带有古代文化色彩的描述，背后可能对应着真实发生过的太阳爆发、极光、超新星、日食以及其他罕见自然事件。

　　例如，“蚩尤旗”是古人的语言，“极光(卵形环)椭圆向赤道扩张至磁纬20.40°”是今天科学家的语言，相隔两个半世纪，两种完全不同的知识体系，却因一行被保存下来的文字连接在了一起。

　　“今天的人类社会，比1770年更加依赖太空。卫星导航、通信、遥感、航空、电网、金融授时乃至智能交通，都建立在高度复杂的现代技术之上。”王博弋说，一次极端太阳风暴不再只是天空中壮丽的极光，而可能演变为一场跨越太空与地面的系统性风险。因此，认识历史上的极端事件，本质上也是在认识未来。

　　基于此，研究团队认为，目前最迫切的任务之一，是进一步建立系统化、可量化的历史极端空间天气事件目录，把散落在古代文献中的观测记录转化为能够进入现代风险模型的数据，从而更准确地回答一个重要问题：太阳究竟能够给地球带来多大的冲击？

　　此次研究表明，“卡林顿事件”或许并不是人类需要面对的极限。1770年的那片“经天照耀”的天空，提醒着今天的人们，在现代仪器出现之前，自然界可能已经发生过远超我们经验范围的极端事件。

　　而答案的一部分，也许就藏在中国一册册已经泛黄的地方志中。

　　(研究团队供图)

　　袁丁介绍，这些描述并非普通红色天光，但与具有清晰条带和光束结构的真实极光高度吻合，尤其是其中的绿色光，对应氧原子557.7纳米绿线辐射，是识别活动极光的重要物理证据。