地球曾因磁場變弱而遭宇宙射線猛烈轟擊。

地球的大氣層。NASA

來自宇宙的高能粒子流無時無刻不在試圖蹂躏地球。這些粒子流即是所謂的宇宙射線，主要由氫核構成。它們産生自某些高能的天體物理學事件——比如由大質量恒星死亡導致的超新星爆發。這些粒子能以近光速飛行。幸虧有磁場的保護，地球才得以不被宇宙射線肆意傷害。

但磁場並非不變的實體。事實上地球磁場的兩個磁極是飄忽不定的，它們會在地球的地理兩極附近來回擺動。不僅如此，地球磁場還會偶爾反轉。反轉發生時，地球的北磁極會變成南磁極，南磁極會變成北磁極。地球磁場的整體強度也會大幅衰減。

除了磁場反轉，更匪夷所思的一種現象是所謂的“磁場出走（magnetic field excursion）”。“磁場出走”發生時，地球原本的南北磁極會突然消失，與此同時在全球的多個地區會出現多個磁極。“磁場出走”發生時，磁極的強度會變得極弱，其對地球的保護能力也被極大削弱，使地球暴露在更多的宇宙射線中。

科學家通常會用測量同位素的豐度，來確定地球在其演化史上的哪些時期遭受了更大劑量宇宙射線的轟擊。

宇宙射線如果突破磁場的防護，與地球的大氣層接觸，就會産生大量的宇宙源放射性同位素，並像下雨一樣落到地面。這些同位素會在沉積物中累積起來。科學家可以在海底，或南極和格陵蘭的冰芯中尋找這些沉積物並加以研究。

備受關注的一次“磁場出走”事件名爲Laschamps事件，發生在大約41000年前。德國波茨坦地質研究中心的科學家Sanja Panovska針對該時期地球磁場強度與铍10等宇宙源放射性同位素濃度之間的聯系進行了研究。

研究結果表明，41000年前的宇宙源放射性同位素铍10産生率至少是今天的一倍。這意味著在所謂的Laschamps事件發生期間，地球磁場的強度衰減到了非常低的水平。當時有大量的宇宙射線抵達地球大氣層，並産生了大量的次一級粒子雨。

而這也引出了另外一個令人感興趣的問題，即地球演化史上的那些磁場衰減期，是否都能夠與地球生物圈的主要動蕩期對應起來呢？

宇宙射線擊中地球大氣後，産生了大量的次一級粒子（示意圖）。CERN

參考Cosmic rays streamed through Earth’s atmosphere 41,000 years agohttps://www.eurekalert.org/news-releases/1041098Long-term changes of the geomagnetic field: recent progress, challenges and applicationshttps://meetingorganizer.copernicus.org/EGU24/EGU24-10977.html