Merkileg tilraun: Geimgeislar, ský og loftslagsbreytingar

Nú er að hefjast merkileg tilraun hjá CERN, Evrópsku rannsóknamiðstöðinni í öreindafræði sem er í Genf.  Kostnaðurinn er um 800 milljónir króna. Tilgangurinn er að sannreyna kenningar dönsku vísindamannanna Henriks Svensmark og Eigil Friis-Christensen um samspil geimgeisla og skýjafars.  Tilraunin nefnist CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets)

Um þetta er fjallað í grein í tímaritinu Nature, (vol 443, 14 sept. 2006)  sem kallast  A Cosmic Connection.   (Smella á krækjuna til að sækja skjalið).

Hvers vegna er tilraunin svona merkileg? Vitað er að veðurfarsbreytingar undanfarinna áratuga eru sambland af náttúrulegum sveiflum og viðbótar gróðurhúsaáhrifum af mannavöldum, ólíkt ámóta veðurfarssveiflum fyrr á öldum, sem ótvírætt voru eingöngu náttúrulegar. Valda náttúrulegu sveiflurnar um helmingi veðurfarsbreytinanna um þessar mundir? Minna eða meira? Um það veit enginn með vissu. Þó þykjast menn vita að á síðustu öld var virkni sólar meiri en síðastliðin 8000 ár.

Sjá grein á vefsíðu Max Plank Society: The Sun is More Active Now than Over the Last 8000 Years

eða Sunspots reaching 1,000-year high á vefsíðu BBC

 

 

Kenningar danskra vísindamanna um samspil sólar og veðurfars hefur vakið heimsathygli. Hjá Danish National Space Center eru stundaðar rannsóknir á sólinni og áhrifum hennar á veðurfar. Vísindamennirnir hafa m.a. borið saman mælingar á geimgeislum og þéttleika lægri skýja og komist að merkilegum niðurstöðum. Í stuttu máli, þá falla ferlarnir sem sýna styrk geimgeislanna og þéttleika skýjanna, nánast alveg saman eins og sést á myndinni hér fyrir ofan. Getur þetta verið tilviljun, eða er einhver eðlisfræðileg skýring á þessu? Geimgeislarnir koma frá öðrum sólum í Vetrarbrautinni og ætti styrkur þeirra að vera nokkuð stöðugur. Sólvindurinn frá okkar eigin sól mótar aftur á móti styrk geimgeislanna, þannig að styrkur þeirra breytist með styrk sólvindsins, og þar með virkni sólar.

Dönsku vísindaönnunum kom til hugar að geimgeislar gætu átt þátt í breytilegu hitastigi jarðar - með hjálp sólar. Sólvindurinn hefur áhrif á styrk geimgeislanna, en styrkur sólvindsins fylgir virkni sólar. Þeir félagar skoðuðu gervihnattamyndir af skýjafari frá árinu 1983. 

Í ljós kom að þegar geimgeislar eru veikastir þekur skýjahulan næstum  3 % minna en þegar geimgeislar eru hvað sterkastir.  

Hvernig stendur á þessu? Ein kenningin gengur út á að vatnsgufan þéttist á rykögnum. Geimgeislar jónisera gas í háloftunum. Jónirnar flytja rafhleðslu yfir á vatnsdropa sem draga að sér rykagnir. Rykagnirnar virka þá sem eins konar hvati sem flýtir fyrir þéttingu rakans.

Breytileg skýjahula þýðir auðvitað breytilegt endurkast sólarljóss, þannig að mismikill sólarylur nær að skína á jörðina.

 Í stuttu máli:

"Mikil virkni sólar -> mikill sólvindur -> minni geimgeislar -> minna um ský -> minna endurkast -> hærra hitastig"  

Ef þessi kenning reynist rétt, þá er hér komin staðfesting á áhrifum sólvindsins á hitafar jarðar, því það gefur augaleið að minni skýjahula veldur hlýnun og öfugt. Til vðbótar þessum óbeinu áhrifum sólvindsins eru áhrif breytilegrar útgeislunar sólar.  Breyting á skýjahulunni um 3% milli áratuga er ekki lítið, og getur þessi kenning því skýrt stóran hluta hitabreytinga undanfarinna áratuga og alda.

Í greininni í Nature stendur m.a. “…Hver er tilgangurinn með þessu leikfangi?  Það virðast vera deildar meiningar meðal stjarneðlisfræðinga, kjarneðlisfræðinga og vísindamanna úr skyldum greinum annars vegar, og flestra loftslagsfræðinga hins vegar. Stjarneðlisfræðingarnir telja að sól- og geimgeislar séu mikilvægir við skýjamyndun og hafi þar þar með áhrif loftslag jarðar.  Loftslagstfræðingar telja yfirleitt að ástæða loftslagsbreytinga sé allt önnur. …”

 “…What is the purpose of this toy? There seems to be a disagreement between many astrophysicists, nuclear physicists and related scientists on one side and most climate scientists on the other side. The astrophysicists tend to believe that the Solar and galactic cosmic rays are important to determine the cloud formation and therefore the climate on the Earth. The climate scientists usually believe that the main driver of the climate is something completely different. …”

Þessi rannsókn hjá CERN markar, að mínu áliti, tímamót. Nú fara menn að rannsaka einn  hugsanlega þátt veðurfarsbreytinga, þ.e. kenningar dönsku vísindamannanna, á skipulagðan og vísindalegan hátt hjá einni þekktustu vísindastofnun heims. Það verður mjög spennandi að fylgjast með hvernig til tekst.

Dönsku vísindamennirnir Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen eru mjög þekktir  innan loftslagsfræðinnar og oft vitnað til rannsókna þeirra. Það er greinilegt að skoðun þeirra hefur vakið verðskuldaða athygli, þar sem menn eru reiðubúnir að kosta til 9 milljónum evra eða um 800 milljónum króna vegna rannsókna hjá CERN á mögulegu samspili geimgeisla og skýjafars. 55 vísindamenn koma að tilrauninni.

Þess má geta í lokin að séu orðin [Svensmark clouds] sett í Google leitarvélina koma upp 12.800 tilvísanir. Það segir nokkuð um athyglina sem frændur okkar hafa vakið.

 Sjá: Henrik Svensmark: Influence of Cosmic Rays on Earth's Climate

Smá æfing í dönsku:

Solens indflydelse på jordens klima  eftir Henrik Svensmark og Nigel D. Marsh.   

“Viser det sig at jordens skydække påvirkes af den kosmiske stråling, betyder det at processer i universet påvirker os mere direkte end vi nogensinde havde drømt om. Forhåbentligt får vi svaret inden for nogle få år”

Mælkevejens magtfulde stråling

  

--- --- ---

 

Nýlega voru kynntar niðurstöður svipaðrar tilraunar (mun einfaldari en fyrirhuguð er hjá CERN) sem kallast SKÝ (SKY á dönsku).  Að tilrauninni stóðu dönsku vísindamennirnir hjá Danish National Space Center. Niðurstöður voru mjög jákvæðar og virðast staðfesta tilgátu vísindamannanna.

Experimental evidence for the role of ions in particle nucleation under atmospheric conditions

The paper reports the results of an experiment at the Danish National Space Center in Copenhagen. It is already well-established that when cosmic rays penetrate Earth's atmosphere they produce substantial
amounts of ions and release free electrons. Now, results from our experiment show that the released electrons significantly promote the formation of building blocks for cloud condensation nuclei on which
water vapour condenses to make clouds. Hence, a causal mechanism by which cosmic rays can facilitate the production of clouds in Earth's atmosphere has been experimentally identified for the first time.

"We were amazed by the speed and efficiency with which the electrons do their work of creating the building blocks for the cloud condensation nuclei," says team leader Henrik Svensmark, who is Director of the Center for Sun-Climate Research within the Danish National Space Center. "This is a completely new result within climate science."
 

 

Athugasemdir

[Ágúst H Bjarnason, 9.10.2006 kl. 09:47]

Sjá tilkynningu frá Danmarks Rumcenter (Danish National Space Center) hér:

http://spacecenter.dk/cgi-bin/nyheder-m-m.cgi?id=1159917791%7Ccgifunction=form

Back Printer friendly

NEWS from spacecenter.dk

October 4th 2006

Getting closer to the cosmic connection to climate

A team at the Danish National Space Center has discovered how cosmic rays from exploding stars can help to make clouds in the atmosphere. The results support the theory that cosmic rays influence Earth’s climate.

An essential role for remote stars in everyday weather on Earth has been revealed by an experiment at the Danish National Space Center in Copenhagen. It is already well-established that when cosmic rays, which are high-speed atomic particles originating in exploded stars far away in the Milky Way, penetrate Earth’s atmosphere they produce substantial amounts of ions and release free electrons. Now, results from the Danish experiment show that the released electrons significantly promote the formation of building blocks for cloud condensation nuclei on which water vapour condenses to make clouds. Hence, a causal mechanism by which cosmic rays can facilitate the production of clouds in Earth’s atmosphere has been experimentally identified for the first time.

The Danish team officially announce their discovery on Wednesday in Proceedings of the Royal Society A, published by the Royal Society, the British national academy of science.

The experiment

The experiment called SKY (Danish for ‘cloud’) took place in a large reaction chamber which contained a mixture of gases at realistic concentrations to imitate the chemistry of the lower atmosphere. Ultraviolet lamps mimicked the action of the Sun’s rays. During experimental runs, instruments traced the chemical action of the penetrating cosmic rays in the reaction chamber.

The data revealed that electrons released by cosmic rays act as catalysts, which significantly accelerate the formation of stable, ultra-small clusters of sulphuric acid and water molecules which are building blocks for the cloud condensation nuclei. A vast numbers of such microscopic droplets appeared, floating in the air in the reaction chamber.

‘We were amazed by the speed and efficiency with which the electrons do their work of creating the building blocks for the cloud condensation nuclei,’ says team leader Henrik Svensmark, who is Director of the Center for Sun-Climate Research within the Danish National Space Center. ‘This is a completely new result within climate science.’

A missing link in climate theory

The experimental results lend strong empirical support to the theory proposed a decade ago by Henrik Svensmark and Eigil Friis-Christensen that cosmic rays influence Earth’s climate through their effect on cloud formation. The original theory rested on data showing a strong correlation between variation in the intensity of cosmic radiation penetrating the atmosphere and the amount of low-altitude clouds. Cloud cover increases when the intensity of cosmic rays grows and decreases when the intensity declines.

It is known that low-altitude clouds have an overall cooling effect on the Earth’s surface. Hence, variations in cloud cover caused by cosmic rays can change the surface temperature. The existence of such a cosmic connection to Earth’s climate might thus help to explain past and present variations in Earth’s climate.

Interestingly, during the 20th Century, the Sun’s magnetic field which shields Earth from cosmic rays more than doubled, thereby reducing the average influx of cosmic rays. The resulting reduction in cloudiness, especially of low-altitude clouds, may be a significant factor in the global warming Earth has undergone during the last century. However, until now, there has been no experimental evidence of how the causal mechanism linking cosmic rays and cloud formation may work.

‘Many climate scientists have considered the linkages from cosmic rays to clouds to climate as unproven,’ comments Eigil Friis-Christensen, who is now Director of the Danish National Space Center. ‘Some said there was no conceivable way in which cosmic rays could influence cloud cover. The SKY experiment now shows how they do so, and should help to put the cosmic-ray connection firmly onto the agenda of international climate research.’

Publication data

Published online in “Proceedings of the Royal Society A”, October 3rd

Title: ‘Experimental Evidence for the role of Ions in Particle Nucleation under Atmospheric Conditions’.

Authors: Henrik Svensmark, Jens Olaf Pepke Pedersen, Nigel Marsh, Martin Enghoff and Ulrik Uggerhøj.

For more information and supporting material: www.spacecenter.dk/media

Requests for interview and original article: [e-mail]

[Ágúst H Bjarnason, 1.1.2007 kl. 15:00]

Þessi færsla er upphaflega frá 3ja okt. s.l., en af einhverjum ástæðum breyttist dagsetning hennar við áramótatiltekt.

[Sigurjón Benediktsson, 9.1.2007 kl. 11:33]

Þakka þér innleggið -- en ég sé að þú ert mikið að hugsa um umhverfi og orku. Er (stærð) fræðilega hægt að virkja norðurljósin? Eru sólgos forsenda norðurljósa? Er hægt að segja fyrirfram hvort von sé að sjá norðurljós á hverjum tíma? Eru sólsveiflur sama og sólgosatíðni? Eru sólvindar tengdir sólsveiflum og sólgosum? Jamm, stórt er spurt

[Ágúst Bjarnason (IP-tala skráð) 9.1.2007 kl. 15:14]

Sæll Sigurjón

Fræðilega er hægt að virkja norðurljósin, en aflið sem fæst er mjög lítið. Það er vel þekkt að í löngum vírum, t.d. símavírum á staurum, spanast straumar þegar norðurljósin skína. Gæti kanski nægt til að láta týra á vasaljósaperu, en varla meira. Þetta fyrirbæri getur stundum valdið truflunum í tækjabúnaði, og hefur það komið fyrir að svokölluð "liðavernd" fyrir háspennulínur hafi leyst út. Þannig varð "blackout" í Quebec árið 1989 þegar mikið sólgos  truflaði verndarbúnað orkufyrirtækjanna. Sjá vefsíðuna http://science.nasa.gov/headlines/y2003/12nov_haywire.htm     Af þessum sökum, og vegna skemmda sem gervihnettir geta orðið fyrir, eru starfræktar geimveðurstöðvar (space weather). Sjá t.d. "Today's Space Weather http://www.sec.noaa.gov/today.html 

Sólgos eru forsenda mikilla norðurljósa. Sjá www.Spaceweather.com   Hægt er að gerast áskrifandi þar (ókeypis) að tölvupósti sem lætur vita ef sólgos verða, eða önnur óvenjuleg fyrirbæri tengd geimnum (loftsteinar, halastjörnur, ...). Um tveim dögum eftir sólgos má búast við miklum norðurljósum, þ.e ef sólgosið stefnir á jörðina.

Þegar sólin er mjög virk, 11-ára sveiflan í hámarki, er að jafnaði meira um sólgos og sólbletti, og sólvindurinn er öflugri. Þá eru einnig meiri líkur á norðurljósum.

Sjá vefsíðuna http://www.stjornuskodun.is     Þar er grein um sólina og norðurljós.