Сонце - двигун земного клімату Макс-Планк-Гезельшафт
Однак зірка, на якій ми живемо, не впливає на поточне підвищення глобальної температури
На землі стає тепліше. Наприклад, у період з 2001 по 2010 рік температури були приблизно на 0,2 градуса Цельсія вище, ніж у попереднє десятиліття. Тут люди відіграють важливу роль. Проте інші фактори також впливають на глобальний клімат, наприклад геометрія земної орбіти або виверження вулканів. Але яку роль відіграє сонце?
Текст: Гельмут Хорнунг
Сонячний цикл: Сонце не завжди світить однаково. Швидше за все, їхня активність коливається протягом приблизно одинадцяти років, протягом яких кількість сонячних плям також змінюється. Лівий знімок 2001 року (максимум), правий 2009 року (мінімум).
Коли ввечері сонце опускається у море як червона куля вуглинки, це може забезпечити мирні та розслаблені святкові моменти. І навіть у сутінках ми можемо відчути затишне тепло, яке сонце дарувало нам на пляжі протягом дня. Але наша денна зірка - все що завгодно, але не нешкідлива. Ультрафіолетове випромінювання не тільки викликає у тієї чи іншої необережної людини соковитий сонячний опік. Сам він надзвичайно активний, на ньому пакети гарячої плазми киплять на поверхню, струмені газового розпилення в космос, і постійно віє енергійними частинками, які час від часу освіжаються в бурю і стають небезпекою для чутливої електроніки супутників.
Окрім цих повсякденних явищ, існують і більш тривалі коливання, яким піддається потужність випромінювання зірки. Причиною є сонячне магнітне поле, польові лінії якого як би "врізаються" в гарячому, електропровідному газі. Сильна турбулентність крутить і крутить плазмові трубки, як гумові стрічки, - які час від часу «рвуться», а потім кружляють крізь магнітне поле.
Ця діяльність призводить до таких явищ, як темні плями або яскраві спалахи; Перші - прохолодніші регіони, другі - з яскравими плямами, схожими на волокна, і спекотніші, ніж їх оточення. Кількість плям або спалахів не завжди однакова, але змінюється протягом циклу приблизно одинадцять років. З цим періодом інтенсивність загальної сонячної радіації коливається. В середньому ці коливання становлять 0,1 відсотка. Але варіації можуть бути різними - залежно від довжини хвилі, оскільки сонце світить у багатьох різних областях спектру. Вищезазначене ультрафіолетове випромінювання, особливо важливе для клімату, коливається на кілька десятків відсотків на коротких довжинах хвиль.
Коливальна сонячна радіація: На графіку показані як варіації одинадцятирічного сонячного циклу, так і короткочасні коливання внаслідок окремих груп сонячних плям і сонячних спалахів. Середня загальна яскравість відображається сірою кривою. Різні кольори означають вимірювання за допомогою різних приладів.
Внесення енергії сонця в землю може безпосередньо впливати на клімат на нашій планеті. Однак атмосфера пропускає випромінювання лише на певних довжинах хвиль, переважно у видимому світлі; решта поглинається молекулами. Тому лише частина випромінювання досягає земної поверхні і може нагріти її. Опромінена поверхня, у свою чергу, випромінює інфрачервоне світло, яке потім утримується хмарами або аерозолями. Цей ефект, без якого на землі холодніше було б на 32 градуси Цельсія, нагріває атмосферу. Вся справа схожа на умови в теплиці.
Тут у гру вступає ультрафіолетове випромінювання. Він бере участь у різних хімічних реакціях - і УФ - це не просто УФ! Наприклад, випромінювання з довжиною хвилі менше 240 нанометрів (мільйонні частки міліметра) сприяє утворенню озону, тоді як довга хвиля УФ має руйнівну дію на цю молекулу. І разом з випромінюванням, різна кількість енергії вводиться в тропосферу на різній довжині хвилі, найнижчого шару атмосфери, який простягається приблизно на 15 кілометрів над землею.
Сонце не лише випромінює випромінювання, але й постійний потік електрично заряджених частинок, згаданий сонячний вітер. Якщо його частинки проникають у верхні шари земної атмосфери, вони вибивають електрони з атомів азоту або кисню, тобто іонізують їх. Цей процес впливає на хімію атмосфери - чи обговорюється, чи впливає він і як впливає на клімат, в даний час.
Для того, щоб дослідити вплив сонця на клімат, дослідники заглядають у минуле. При цьому вони фокусуються на магнітній активності зірки, за якою можна відновити силу випромінювання. Тут застосовується, що сонце в активний час - очевидним підтвердженням тому є безліч плям і спалахів - виробляє більш інтенсивне випромінювання, ніж під час "фаз спокою".
Сонце зробило таку перерву в діяльності, наприклад, у другій половині 17 століття: між 1645 і 1715 роками його “двигун” як би заїкався. У цей період, відомий як мінімум Маундера, було багато холодних зим в Європі, Північній Америці та Китаї. І навіть влітку в деяких регіонах було значно прохолодніше за часів цього «Маленького льодовикового періоду». У той час він створив картини, на яких зображені, наприклад, фігуристи на замерзлій Темзі.
Людина робить це: моделі можуть відтворювати дані спостережень лише в тому випадку, якщо антропогенні впливи враховані в розрахунках.
Дивлячись у минуле, вчені працюють як зі старими записами спостережень сонячних плям (з 1610 року), так і з методом С-14, який може бути використаний, зокрема, на деревині. Оскільки надходження вуглецю-14 на землю (дерева) не є постійним, але також змінюється із сонячною активністю. Цей радіоактивний ізотоп створюється, коли так зване космічне випромінювання потрапляє на молекулу повітря у верхні шари земної атмосфери.
Сонячне магнітне поле поширюється по всій планетарній системі і частково захищає космічні промені. Якщо магнітне поле коливається, виробництво С-14 також змінюється. Таким чином, вікове відхилення між кільцями дерев та віком С-14 є мірою магнітної активності і, отже, в кінцевому підсумку випромінювання сонця.
Наскільки Сонце в даний час впливає на клімат? Безперечно, що за останні 100 років земля стала майже на градус Цельсія теплішою. Тільки за останні 30 років температури зросли більшою мірою, ніж за 1000 років. Також факт, що концентрація вуглекислого газу зросла на 30 відсотків з початку індустріалізації з середини 18 століття.
Протягом цього періоду на Сонці спостерігалися періодичні коливання активності. І за останні 30 чи 40 років яскравості сонця однозначно не спостерігалося, скоріше незначне зменшення. Це означає, що сонце також не може сприяти глобальному потеплінню. Насправді підвищення температури за останні десятиліття неможливо відтворити в модельних розрахунках, якщо враховувати лише вплив сонця або інших природних джерел (таких, як виверження вулканів). Лише коли антропогенні, тобто техногенні фактори, включаються до кліматичних даних, вони погоджуються з даними спостережень та вимірювань.
Дослідники приходять до висновку, що підвищення глобальних температур з 1970-х років не можна пояснити сонцем. Температурна тенденція, що спостерігається протягом останніх трьох десятиліть, є лінійною - як і слід було очікувати від збільшення концентрації парникових газів. Коротше кажучи: вплив людини на клімат у багато разів більший, ніж вплив сонця.
І навпаки, думка деяких вчених про те, що нинішнє загальне зниження сонячної активності буде протидіяти глобальному потеплінню, не витримує пильної уваги. Оскільки глобальне потепління є фактом і прогресує. З іншого боку, здається можливим, що сонце вплине на зміну клімату в довгостроковій перспективі. Точний ступінь та точні механізми дії досі незрозумілі.