Det manglende led mellem eksploderende stjerner, skyer, og klimaet på jorden

Et gennembrud i forståelsen af, hvordan kosmiske stråler fra supernovaer kan påvirke Jordens skydække og derfor dens klima offentliggøres i dag i tidsskriftet Naturkommunikation . Undersøgelsen afslører, at atmosfæriske ioner, produceret af energiske kosmiske stråler, der regner ned gennem atmosfæren, hjælpe med væksten og dannelsen af ​​skykondensationskerner - de frø, der er nødvendige for at danne skyer i atmosfæren.

Når ioniseringen i atmosfæren ændres, antallet af skykondensationskerner ændres, påvirker skyernes egenskaber. Flere skykondensationskerner betyder flere skyer og et koldere klima, og omvendt. Da skyer er afgørende for mængden af ​​solenergi, der når jordens overflade, implikationerne er væsentlige for forståelsen af ​​tidligere klimavariationer og også for fremtidige klimaændringer.

Skykondensationskerner kan dannes ved vækst af små molekylære klynger kaldet aerosoler. Det har indtil nu været antaget, at yderligere små aerosoler ikke ville blive til skykondensationskerner, da ingen mekanisme var kendt for at opnå dette. De nye resultater afslører, både teoretisk og eksperimentelt, hvordan interaktioner mellem ioner og aerosoler kan accelerere væksten ved at tilføje materiale til de små aerosoler, og derved hjælpe dem med at overleve til at blive skykondensationskerner. Det giver et fysisk fundament til den store mængde empiriske beviser, der viser, at solaktivitet spiller en rolle i variationer i Jordens klima. For eksempel, den middelalderlige varmeperiode omkring år 1000 e.Kr. og den kolde periode i den lille istid 1300-1900 e.Kr. passer begge med ændringer i solaktiviteten.

"Endelig, vi har den sidste brik i puslespillet, der forklarer, hvordan partikler fra rummet påvirker klimaet på Jorden. Det giver en forståelse af, hvordan ændringer forårsaget af solaktivitet eller supernovaaktivitet kan ændre klimaet, siger Henrik Svensmark, fra DTU Space ved Danmarks Tekniske Universitet, hovedforfatter af undersøgelsen.

Den grundlæggende nye idé i undersøgelsen er at inkludere et bidrag til vækst af aerosoler ved hjælp af massen af ​​ionerne. Selvom ionerne ikke er de mest talrige bestanddele i atmosfæren, de elektromagnetiske vekselvirkninger mellem ioner og aerosoler kompenserer for knapheden og gør fusion mellem ioner og aerosoler meget mere sandsynlig. Selv ved lave ioniseringsniveauer, omkring 5 procent af væksthastigheden af ​​aerosoler skyldes ioner. I tilfælde af en nærliggende supernova, effekten kan være mere end 50 procent af vækstraten, hvilket vil have indflydelse på skyerne og jordens temperatur.

For at opnå resultaterne, en teoretisk beskrivelse af vekselvirkningerne mellem ioner og aerosoler blev formuleret sammen med et udtryk for aerosolernes væksthastighed. Idéerne blev derefter testet eksperimentelt i et stort skykammer. På grund af eksperimentelle begrænsninger forårsaget af tilstedeværelsen af ​​kammervægge, ændringen i vækstraten, der skulle måles, var af størrelsesordenen 1 procent, hvilket stiller høje krav til stabilitet under forsøgene, som blev gentaget op til 100 gange for at opnå et godt signal i forhold til uønskede udsving. Data blev taget over en periode på to år med i alt 3100 timers datasampling. Resultaterne af eksperimenterne stemte overens med de teoretiske forudsigelser.

• Kosmiske stråler, højenergipartikler, der regner ned fra eksploderede stjerner, slå elektroner ud af luftmolekyler. Dette producerer ioner, positive og negative molekyler i atmosfæren.
• Ionerne hjælper aerosoler - klynger af hovedsageligt svovlsyre og vandmolekyler - med at dannes og blive stabile mod fordampning. Denne proces kaldes nukleation. De små aerosoler skal vokse næsten en million gange i masse for at have en effekt på skyer.
• Ionernes anden rolle er, at de accelererer væksten af ​​de små aerosoler til skykondensationskerner - frø, hvorpå flydende vanddråber dannes for at danne skyer. Jo flere ioner, jo flere aerosoler bliver til skykondensationskerner.
• Lave skyer lavet med flydende vanddråber afkøler jordens overflade.
• Variationer i solens magnetiske aktivitet ændrer tilstrømningen af ​​kosmiske stråler til Jorden.
• Når solen er i dvale, magnetisk set, der er flere kosmiske stråler og flere lave skyer, og verden er køligere.
• Når solen er aktiv, færre kosmiske stråler når Jorden og, med færre lave skyer, planeten varmer op.

Implikationerne af undersøgelsen tyder på, at mekanismen kunne have påvirket:

• Klimaændringerne observeret i det 20. århundrede
• Afkøling og opvarmning på omkring 2°C, der er sket gentagne gange i løbet af de sidste 10, 000 år, da solens aktivitet og den kosmiske stråleindstrømning har varieret.
• De meget større variationer på op til 10°C, der forekommer, når solen og jorden rejser gennem galaksen, besøger regioner med varierende antal eksploderende stjerner.