1 Zmiany klimatyczne na Ziemi a cykle słoneczne i promieniowanie

Zmiany klimatyczne na Ziemi a cykle słoneczne i promieniowanie kosmiczne
Na podstawie artykułu pt. Idzie zimno, autorstwa prof. dr. hab. Zbigniewa Jaworskiego opublikowanego na
łamach Polityki, nr15, 17 kwietnia 2008 r.
Klimat Ziemi oziębia się, a nie ociepla jak sądzi większość. Przyczyną zmian temperatury atmosfery
ziemskiej są – jak twierdzi autor – cykliczne zmiany aktywności Słońca oraz promieniowanie kosmiczne. Oto
stosowny fragment artykułu:
Słoneczny parasol
Wyjaśnienia obecnego ochłodzenia naleŜy szukać poza Ziemią. Decydują o nim cykliczne zmiany
aktywności Słońca i promieniowanie kosmiczne. Powiązanie Słońca z klimatem ziemskim jest bez porównania
prostsze i mocniejsze niŜ terrestrialne zaleŜności klimatyczne. O decydującej roli tych zmian w skali Układu
Słonecznego świadczą obserwacje ocieplenia atmosfery Marsa, plutona, Jowisza, Neptuna i jego księŜyca, jakie
nastąpiło wciągu ubiegłych 20 lat (Holt-Gimenez, 2007; Fenton et al., 2007; Ravilious, 2007; Reddy, 2005;
Wikipedia, 2008). Dlatego astrofizyczne obserwacje są lepszą podstawą długoterminowego prognozowania
zmian klimatu niŜ modele nie uwzględniające czynnika kosmicznego. W 1991 r. duńscy meteorologowie E.
Friis-Christensen i K. Lassen wykryli, Ŝe temperatura powietrza Półkuli Północnej w latach 1861-1989 ściśle
zaleŜała od aktywności Słońca (Friis-Christensen and Lassen, 1991). PodwaŜało to hipotezę o ogrzewaniu
klimatu przez człowieka. Jednak przyczyna tej zaleŜności nie była jasna, gdyŜ w czasie zmian aktywności
Słońca ilość energii docierającej do Ziemi róŜniła się zaledwie ok. 0,3 proc. od średniego dopływu, co było
wartością zbyt małą do wyjaśnienia wahań ziemskiej temperatury.
Dopiero sześć lat później Svensmark i Friss-Christensen rozwiązali zagadkę: znaleźli ścisłą zaleŜność
pomiędzy wielkością zachmurzenia a natęŜeniem promieniowania kosmicznego i nasłonecznieniem. Głównym
mechanizmem okazały się promienie kosmiczne, których strumień docierający do Ziemi z głębi Wszechświata
regulowany jest aktywnością Słońca, zmieniającą się cyklicznie co około 11 lat. W okresie duŜej aktywności
linie pola magnetycznego w rejonach tzw. plam słonecznych przebijają się ponad powierzchnię naszej
gwiazdy1, uciekają z wiatrem słonecznym aŜ do krańców Układu Słonecznego i odpychają po drodze
nadlatujące ku nam promienie kosmiczne. W okresach małej aktywności Słońca więcej cząstek tego
promieniowania dociera do troposfery, gdzie zderzają się z atomami powietrza i tworzą jądra kondensacji,
wokół których skrapla się para wodna. Powstaje wtedy więcej chmur, które jak parasol chronią nas przed
nadmiarem ciepła i chłodzą atmosferę. Parasol ten otwiera i przymyka Słońce (Svensmark and FriisChristensen, 1997; Svensmark, 2007; Landscheidt, 2003).f
Teraz jesteśmy w takim właśnie okresie małej aktywności Słońca. Jak oficjalnie ogłosiła NASA, 11
grudnia 2007 r. weszliśmy w 24. cykl słoneczny, który osiągnie maksimum w latach 2010-2011. W tym dniu
pojawiła się pierwsza plama słoneczna, po poprzednim cyklu, w którym przez długie okresy plam nie
obserwowano - to było przyczyną obecnego ochłodzenia. W ciągu kilku ostatnich lat tzw. wielki pas
transmisyjny Słońca, w którym gorąca plazma krąŜy wewnątrz naszej gwiazdy, spowolnił swoją szybkość o
połowę. Po około 20 latach odbije się to na liczbie plam słonecznych (i na innych wskaźnikach aktywności
Słońca). Wtedy wejdziemy w 25. cykl, którego szczyt przypadnie na rok 2022 i będzie najniŜszy z
dotychczasowych (rys. 4.).
Prawa autorskie © S.P. Polityka. Artykuł pochodzi z archiwum internetowego
www.polityka.pl
1
Patrz teksty wykładów pt. Electricity & Magnetism przeznaczonych dla studentów MIT; teksty dostępne na stronie
http://web.mit.edu/8.02t/www/802TEAL3D/visualizations/magnetostatics/index.htm ; szczególnie warte polecenia są
animacje dotyczące magnetosfery ziemskiej na stronie
(http://web.mit.edu/8.02t/www/802TEAL3D/visualizations/magnetostatics/magnetospherefar/magspherefar.htm) oraz
protuberancji słonecznych ze strony
http://web.mit.edu/8.02t/www/802TEAL3D/visualizations/magnetostatics/magnetosphereclose/magsphereclose.htm
1
Pole magnetyczne Ziemi
1.
Magnetosfera Ziemi – nasza planeta znajduje się w polu magnetycznym wiatru
słonecznego (strumień naładowanych
http://web.mit.edu/8.02t/www/802TEAL3D/visualizations/magnetostatics/magnetospherefar/magspherefar.htm
cząsteczek (a więc prądów)), który przeciąga pole magnetyczne Słońca
w bezpośrednie
otoczenie przestrzeni okołoziemskiej. Linie pola magnetycznego Ziemi w obszarach
podbiegunowych łączą się z liniami interplanetarnego pola magnetycznego Słońca, które są
emitowane przez Słońce (na animacji nadbiegają z prawej strony; po prawej stronie jest dzień
na powierzchni kuli ziemskiej) i poruszają się z dużymi prędkościami wraz z wiatrem
słonecznym. Gdy interplanetarne linie pola magnetycznego Słońca są skierowane zgodnie z
liniami pola magnetycznego Ziemi (tj. w kierunku południowym, jak to przedstawia animacja),
to łatwo łączą się z liniami pola magnetycznego Ziemi. Energia wiatru słonecznego powoduje
rozciąganie się łączących się linii i powstawianie charakterystycznych magnetycznych ogonów.
2
W końcu linie te rozpadają się i pękają z tyłu w kierunku powierzchni Ziemi po stronie nocnej.
Jest to proces transferowania energii wiatru słonecznego do pola magnetycznego Ziemi oraz do
atmosfery ziemskiej, co wywołuje zorze polarne.
2.
Magnetyczna anihilacja – na powierzchni Słońca zachodzą często
http://web.mit.edu/8.02t/www/802TEAL3D/visualizations/magnetostatics/magnetosphereclose/magsphereclose.htm
spontaniczne, niespodziewane i gwałtowne procesy uwalniania się, tj. erupcji ogromnych ilości
nagromadzonej energii w postaci emitowanego promieniowania elektromagnetycznego lub
wyrzucania w przestrzeń ogromnych ilości naładowanych cząsteczek, tj. plazmy. Energia
uwalniana w ten sposób odpowiada energii jednoczesnego wybuchu miliona 100megatonowych bomb wodorowych! Megatonowy wybuch uwalania energię około 4 · 10 J.
Zjawiska te noszą nazwę słonecznych flar; więcej o tym można przeczytać i dowiedzieć się w
Internecie na stronie http://sohowww.nascom.nasa.gov/ oraz
http://hesperia.gsfc.nasa.gov/sftheory/flare.htm,
gdzie
znajduje
się
szczegółowy
opis
słonecznych flar. Owe erupcyjne uwalnianie energii ma miejsce w procesach zwanych
magnetycznymi anihilacjami (w części dolnej animacji linie pola zapadają się; mówimy
obrazowo, że anihilują). W tych procesach magnetyczna energia płynie poziomo z miejsc, gdzie
linie pola łączą się na nowo i następnie jest uwalniana w postaci wysoce energetycznych
cząsteczek (plazmy) płynącej pionowo w górę i w dół.
3
Protuberancje słoneczne – więcej na stronie http://pl.wikipedia.org/wiki/Protuberancje; z tej strony
pochodzi poniższe zdjęcie jednej z ogromnych protuberancji. Polecam stronę internetową
http://sohowww.nascom.nasa.gov/ kosmicznego obserwatorium aktywności słonecznej. Patrz także moje
wykłady popularno-naukowe pt. Światło -- cud nieożywiony? oraz Światło – dar natury dostępne na stronie
domowej http://www.if.pwr.wroc.pl/~wsalejda/
http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Protuberancja_s%C5%82oneczna_TRACE.jpg?uselang=pl
Włodzimierz Salejda
Wrocław, 20 IV 2008
4