Warum wir den Klimawandel nicht der Sonnenaktivität zuschreiben können

Warum wir den Klimawandel nicht der Sonnenaktivität zuschreiben können Die Sonne von der Atmospheric Imaging Assembly des Solar Dynamics Observatory der NASA. NASA

Das vergangene Jahrzehnt (2010-2019) war das heißeste seit Bestehen und fünf der zehn wärmsten Einzeljahre seit 10, so die Berichte der UK Met Office und der Weltweite meteorologische Organisation.

Die aktuelle Australische Bushfire-Krise ist auch die schlechteste Bilanz, entstanden aufgrund einer Kombination aus erhöhter Durchschnittstemperatur (ca. 1.5 ° C über dem langjährigen Durchschnitt) und einer Abnahme der Niederschläge.

Aber können wir dies auf etwas Natürlicheres zurückführen als auf anthropogene Effekte? Sonnenaktivität, zum Beispiel, wurde zuvor verlinkt auf Temperatur und ist manchmal beschuldigt für den Klimawandel. Unsere neue Analyse liefert jedoch Beweise dafür, warum dies nicht der Fall ist.

Die Sonne ist die dominierende Energiequelle für das Erdklima. Daher ist es sehr wichtig zu quantifizieren, welchen Einfluss sie seit der Industrialisierung auf die globalen Temperaturen hatte.

Wie alle Sterne unterliegt die Sonne Schwankungen der Sonnenaktivität, was bedeutet, dass sich ihre Energieabgabe mit der Zeit ändert. Die sichtbare Oberfläche der Sonne (die Sie niemals direkt betrachten sollten) wird als Photosphäre bezeichnet. Im Bild erscheint es als weiße Scheibe, die gelegentlich durch das Auftreten von Sonnenflecken verschmutzt wird.

Diese Sonnenflecken sind Regionen mit starken Magnetfeldern, die die Bewegung des Gases einschränken und es abkühlen lassen, sodass diese Bereiche dunkel erscheinen. Allerdings sind diese gleich intensiv Magnetfelder verbinden die sichtbaren Sonnenflecken auf der Photosphäre mit aktiven Regionen, die wir nicht sehen können. Dies sind Gasgebiete, die sich Tausende von Kilometern über der sichtbaren Oberfläche befinden und auf Millionen von Grad überhitzt sind. Solche aktiven Regionen emittieren sehr stark Licht in Ultraviolett- und Röntgenstrahlung.

Die älteste und einfachste Möglichkeit, die Sonnenaktivität zu einem bestimmten Zeitpunkt zu approximieren, besteht darin, einfach die Anzahl der auf der Photosphäre sichtbaren Sonnenflecken zu zählen. Je mehr Sonnenflecken, desto mehr Sonnenaktivität und damit die Gesamtemission von Ultraviolett- und Röntgenstrahlung. Diese Emissionen werden weitgehend von der Erdatmosphäre absorbiert, bevor sie den Boden erreichen, was zu Erwärmung führt (obwohl einige Studien dies vermuten lassen) komplizierter).

Wie unser Planet hat auch die Sonne ein Magnetfeld, das sich nach außen erstreckt. Das solare Magnetfeld definiert die Größe des Sonnensystems und kann die einfallende Strahlung geladener Teilchen aus dem Weltraum ablenken, die als kosmische Strahlung bezeichnet wird. Diese kosmischen Strahlen sind mit der verbunden worden Atmosphärische Chemie der Erde, Aussaat der Wolkenbildung and extreme GewitterDies bedeutet, dass sie Temperatur und Wetter beeinflussen.

Warum wir den Klimawandel nicht der Sonnenaktivität zuschreiben können Größter Sonnenfleck des Sonnenzyklus, gesehen am 18. Oktober 2014. NASA

Die Anzahl der Sonnenflecken steigt und fällt in einem Zeitraum von etwa elf Jahren Sonnenaktivitätszyklus. Es gibt viele Sonnenflecken - und mehr damit verbundene Emissionen von UV- und Röntgenstrahlen - bei Sonnenmaximum und wenige oder gar keine Sonnenflecken bei Sonnenminimum.

Mit diesem Sonnenzyklus variiert auch die Stärke des solaren Magnetfelds. Es ist am Sonnenmaximum am schwächsten und am Sonnenmaximum am stärksten. Wenn das solare Magnetfeld schwach ist, können mehr kosmische Strahlen die Erdatmosphäre erreichen und das Klima beeinflussen (ebenso wie Strahlungsumgebung Raum).

Unser aktueller Zyklus

Einige der frühesten wissenschaftlichen Beobachtungen von Sonnenflecken stammen von Galileo Galilei in den 1610er Jahren. Ab dem 1700. Jahrhundert wurden solche Beobachtungen regelmäßiger. Sie bilden einen der längsten historisch kontinuierlichen Datensätze in der gesamten Wissenschaft. Der erste beobachtete Sonnenzyklus (1755-1766) wird Sonnenzyklus 1, der nächste Sonnenzyklus 2 usw. genannt. Der jüngste ist der Sonnenzyklus 24, der offiziell begann im Dezember 2008 und ist noch nicht abgeschlossen. Wir nähern uns schnell dem nächsten solaren Minimum, das im nächsten Jahr oder so erwartet wird.

Der Sonnenzyklus 24 ist ungewöhnlich schwach und weist im Vergleich zu früheren Zyklen eine relativ geringe Anzahl von Sonnenflecken auf. Der letzte so schwache war der Sonnenzyklus 14, der im Januar 1902 begann.

Wenn die Sonnenaktivität eine bedeutende Rolle bei den jüngsten Veränderungen der globalen Temperaturen gespielt hätte, wären diese Temperaturen in den letzten zehn Jahren in etwa gleich geblieben oder sogar gesunken. EIN Papier von 2012 sogar vorhergesagt, dass die Temperaturen um 1.0 ° C sinken würden. Offensichtlich hat sich herausgestellt, dass dies nicht der Fall ist. Das heißeste Jahrzehnt seit Bestehen fällt mit dem schwächsten Sonnenzyklus seit über einem Jahrhundert zusammen.

Angesichts dieser Kombination von Faktoren ist es ziemlich schwierig, die Position zu verteidigen, dass die Sonnenaktivität tatsächlich für den gegenwärtigen Klimawandel verantwortlich ist, ohne das Verständnis der Sonnenphysik radikal aufzurütteln. In den folgenden Diagrammen haben wir versucht, die Anzahl der Sonnenflecken mit den Schwankungen der globalen Meeresoberflächentemperaturen zu korrelieren Japan Meteorological Agency) und globale Oberflächentemperaturen (entnommen aus GISTEMP-Daten).

Warum wir den Klimawandel nicht der Sonnenaktivität zuschreiben können Diagramme, die die Temperaturänderung als Funktion des Jahres oder der Anzahl der Sonnenflecken zeigen. Autor zur Verfügung gestellt

Die oberen Felder zeigen den Erwärmungstrend und die Anzahl der Sonnenflecken über die Zeit. Unsere Analyse zeigt keine signifikante Korrelation zwischen der Sonnenaktivität, basierend auf der Sonnenfleckenzahl, und den atmosphärischen oder Meeresoberflächentemperaturen im letzten Jahrhundert. Die Divergenz zwischen Sonnenfleckenzahl und Temperaturen zeigt sich besonders im jüngsten Sonnenzyklus.

Die unteren Felder zeigen Streudiagramme der Anzahl der Sonnenflecken gegen die Temperatur, und auch hier ist kein eindeutiger Zusammenhang erkennbar. Sie können mathematisch herausfinden, wie gut die Korrelation ist, indem Sie messen, wie nahe die Datenpunkte an einer geraden Linie liegen. Bei einer solchen Berechnung weist ein Wert von 0 darauf hin, dass es sich bei den Daten um zufälliges Rauschen handelt und ein Wert von 1 eine perfekte Korrelation darstellt. Wir haben Werte zwischen 0.09 und 0.04, was darauf hindeutet, dass die Variation hauptsächlich auf andere Faktoren als die Sonnenaktivität zurückzuführen ist.

Bei der Betrachtung der globalen Temperaturen dient der Durchschnittswert als Basis, und jeder beobachtete Unterschied dazu wird als Temperaturanomalie bezeichnet. Aus den unteren Feldern geht hervor, dass eine Erhöhung der Sonnenfleckenzahl nur einen geringen Einfluss auf die globale Temperaturanomalie hat. In diesem Fall sehen wir Punkte, die um eine Linie gruppiert sind, die in jedem Diagramm nach rechts oben abfällt.

Diese Beobachtungen des gegenwärtigen Sonnenzyklus machen es sehr schwierig, die Position zu verteidigen, dass die Sonnenaktivität letztendlich für den gegenwärtigen Erwärmungstrend der Welt verantwortlich ist. Stattdessen stimmen sie mit dem Argument überein, dass menschliche Einflüsse für einen großen Teil des jüngsten Anstiegs der globalen Temperaturen verantwortlich sind.

Während die Sonne für die klimatischen Bedingungen auf der Erde insgesamt verantwortlich ist, hat es seit der Industrialisierung nicht genug Unterschiede in der Sonnenaktivität auf lange Sicht gegeben, um unseren gegenwärtigen globalen Erwärmungstrend vollständig zu erklären.Das Gespräch

Über den Autor

Gareth Dorrian, Post-Doktorand in Weltraumwissenschaften, Universität von Birmingham und Ian Whittaker, Dozent für Physik, Nottingham Trent University

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