Вселенная и наука

Изменения в активности Солнца и климат Земли

С точки зрения галактики, Солнце — довольно стабильная звезда. В то время, как некоторые звезды пульсируют, сильно увеличивая и уменьшая собственный размер и сияние, иногда даже взрываясь, наше светило работает с изменениями лишь на жалкие 0,1% в течение своего 11-летнего цикла.

Однако среди исследователей формируется мнение о том, что даже такие, казалось бы, незначительные изменения могут оказать значительное влияние на климат Земли. Так, в новом докладе, выполненной Национальным советом по научно-исследовательской работе (NRC), «The Effects of Solar Variability on Earth»s Climate» («Влияние изменений Солнца на климат Земли») показаны некоторые удивительно сложные пути, в результате которых солнечная активность дает о себе знать на нашей планете.

Понимание связи между солнцем и климатом требует большого опыта в таких областях, как физика плазмы, солнечная активность, атмосферная химия и динамика жидкостей, физика энергетических частиц, а также история Земли. Ни один из ученых не владеет полной широтой знаний, которые нужны для решения этой задачи. Для того, чтобы тронуться с места, NRC нужно было собрать десятки экспертов из разных областей на едином семинаре. Составленый в результате доклад подводит итоги их совместной работы с формулировки задачи в  мультидисциплинарном контексте.

Один из участников, Грег Копп (Greg Kopp) из Лаборатории атмосферной и космической физики (LASP), Университет Колорадо показал, следующее: несмотря на то, что изменения активности солнца в течение 11-летнего цикла достигают лишь десятой доли процента от общего солнечного излучения, эта доля остается очень важной. «Даже типичные короткие вариации в 0,1% в случае освещения превышают все другие источники энергии (такие, как естественная радиоактивность в ядре Земли), вместе взятые», — говорит он.

Очень важно излучения Солнца в крайнем ультрафиолетовом спектре (EUV), которое достигает своего пика примерно в годы максимальной активности нашей звезды. В относительно узком промежутке длины ультрафиолетовых волн, излучение Солнца варьируется лишь на 0,1%, но по десятерых и более факторах. Это может сильно влиять на химию и термальную структуру верхних слоев атмосферы.

Между некоторыми исследователями ведутся дебаты относительно того, как изменения в верхних слоях атмосферы могут доходить до поверхности Земли. Существует очень много «нисходящих» путей для солнечного воздействия. Например, Чарльз Джекмен (Charles Jackman) из Центра космических полетов им. Годдарда описывал, как оксиды азота (NOx), созданные солнечными заряженными частицами и космическими лучами в стратосфере могут на несколько процентов уменьшать озоновый слой. Поскольку озон поглощает ультрафиолет, меньшее его количество будет означать, что поверхности Земли достигнет больше ультрафиолетовых лучей.

Исаак Гельд (Isaac Held) из Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) пошел на шаг дальше. Он описал, как потеря озона в стратосфере может изменять динамику атмосферы низших слоев. «Охлаждение полярной стратосферы, связано с потерей озона увеличивает горизонтальный температурный градиент в области тропопаузы, — объясняет он. — Это меняет поток углового момента вихрей средних широт. [Угловой момент очень важен, поскольку] общий угловой момент тропосферы руководит западными потоками воздуха у поверхности ». Иными словами, солнечная активность, которая чувствуется в верхних слоях атмосферы может, через ряд воздействий, изменить направление штормов у поверхности планеты.

Значительное количество механизмов, предложенных на семинаре напоминают машину Голдберга. Их действие зависит от многошаговых взаимодействий между слоями атмосферы и океаном, в некоторых, чтобы они исправно работали, значительную роль играет химия, в других термодинамика или физика жидкостей. Однако тот факт, что что-то очень сложное не означает, что это невозможно.

Напротив, Джеральд Мил (Gerald Meehl) из Национального центра атмосферных исследований (NCAR) представил убедительные доказательства того, что изменения в солнечной активности оставляют отпечаток на климате, особенно в области Тихого океана. Согласно докладу, когда исследователи посмотрели на данные температуры поверхности моря во время пиковых лет активности солнца, тропический Тихий океан показал четкие схемы типа Ла Нинья [прим. пер.: океаническую-атмосферного феномена, двойника Эль Ниньо] восточная экваториальная область Тихого океана остыла почти на 1o C. В дополнение, «есть признаки увеличенных осадков в Экваториальной конвергентной зоне Тихого океана (ITPZ) и конвергентных зоне юга Тихого океана (SPCZ), а также сверхурочное давление на уровне моря в средних широтах на севере и юге Тихого океана», которые коррелируются с пиками солнечного цикла.

Признаки солнечного цикла настолько сильны в Тихом океане что Мил и его коллеги начали искать, действует какая-то из его климатических систем на усиление этих признаков. «Одно из чудес климатической системы Земли … в том, как относительно малые флуктуации 11-летнего солнечного цикла могут стать причиной значительных климатических изменений, которые мы наблюдаем в тропическом Тихом океане». Используя модели климата на суперкомпьютерах, исследователи показали, что во взаимодействии между океаном и атмосферой задействованы не только «нисходящие», но и «восходящие» механизмы,  что усиливает солнечное воздействие на поверхность океана.

В последние годы исследователи рассматривали возможную роль Солнца в глобальном потеплении. Наконец, Солнце является главным источником тепла на нашей планете. Однако в докладе NRC говорится о том, что влияние изменений солнечной активности имеет скорее местный, чем глобальный характер. И Тихий океан — это лишь один из таких примеров.

Каспар Амман (Caspar Amman) с NCAR отметил в докладе, что «когда баланс облучения Земли претерпевает изменения, как в случае с побуждающими к этому изменениями солнечной активности, не все места подвергаются одинаковому воздействию. Экваториальный центр Тихого океана обычно холоднее, уменьшается сток из рек Перу, а в западных областях США условия становятся более засушливыми».

Однако Раймонд Брэдли (Raymond Bradley) из Массачусетского Университета, который изучал исторические записи солнечной активности, сохраненные в радиоизотопах годовых колец деревьев и в кернах льда, считает, что местные осадки подвергаются большему влиянию, чем температура. «Если уверенно говорить о влиянии Солнца на климат, то оно проявляется главным образом в общей циркуляции, а не в прямой изменении температуры». Это совпадает с выводами Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) и предыдущими докладами NRC о том, что изменения в солнечной активности не является причиной глобального потепления последних 50 лет.

Много было сделано и в области вероятной связи между Минимумом Маундера, 70-летним дефицитом солнечной активности в конце XVII — начале XVIII века, и холодными годами Малого Ледникового Периода, когда Европа и Северная Америка страдали от очень холодных зим. Механизм этого местного похолодания может быть связан со снижением ультрафиолетового излучения, хотя в действительности это чистая спекуляция данными.

Дэн Любин (Dan Lubin) с Океанографического института Скриппса указал на значение поисков подобных Солнцу звезд в Млечном Пути для определения частоты подобных по величине минимумов. «Ранние оценки крупных минимальных частот в звездах солнечного типа варьируются от 10% до 30%, учитывая, что влияние Солнца должно преобладать. Последние исследования с использованием данных от «Гипаркоса» (астрометрического спутника Европейского Космического Агентства) и точный подсчет металличности звезд сужает оценку до менее чем 3% ». Это не очень большая цифра, но она довольно значительна.

И действительно, Солнце может сейчас быть на пороге мини-Маундера. Современный 24 Солнечный цикл — слабый за последние 50 лет. Более того, сейчас есть (противоречивые) признаки длительной тенденции к ослаблению силы магнитного поля солнечной активности. Мэтт Пенн (Matt Penn) и Уильям Ливингстон (William Livingston) из Национальной солнечной обсерватории предрекают, что к моменту начала 25 циклов солнечной активности магнитные поля на Солнце будут настолько малы, что сформируются лишь несколько солнечных пятен. Независимые линии исследований, в которых задействовали гелиосейсмологию и приполярные поверхностные области, похоже, подтверждают эти выводы. (Примечание: Пенн и Ливингстон не участвовали в семинаре NRC).

«Если Солнце действительно входит в необычную фазу солнечного цикла, то мы должны удвоить наши усилия по пониманию связи между ним и климатом, — отмечает Лика Гухатакурта (Lika Guhathakurta) из программы «Living with a Star», которая помогала финансировать исследования NRC. — Доклад дает некоторые хорошие мысли относительно того, откуда нужно начинать».

В заключительной дискуссии исследователи определили ряд возможных следующих шагов. Главным среди них был запуск радиометрического прибора для создания изображений. Приборы сейчас могут определять общее солнечное излучение, выраженное одной цифрой: общей светимостью, суммированой для всех широт, долгот и длин волн. Это интегрированное значение становится одиночной точкой во временном ряду отслеживания излучения солнца.

Фактически, как указал Питер Фукаль (Peter Foukal) из компании Heliophysics Inc., Ситуация несколько сложнее. Солнце — это не просто безликий шар равномерного свечения. Зато, солнечный диск испещрен темными ячейками пятен и всплесков с яркой магнитной пеной под названием «солнечный факел». Радиометрическое изображение, по сути, будит создавать карту Солнца и искать вклад каждого в светимости Солнца. Отдельной интересной темой является факелы. Хотя темные солнечные пятна имеют тенденцию к исчезновению при минимуме Солнца, факелов это не касается. Возможно, именно поэтому записи палеоклимату в чувствительных к Солнцу изотопов C-14 и Be-10 указывают на слабый 11-летний цикл даже в Минимуме Маундера. Радиометрический прибор для создания изображений, который в ближайшем будущем развернут на одной из космических обсерваторий, позволит исследователям разработать интерпретацию, которая им необходима для создания проекции взаимосвязи между климатом и Солнцем на будущее с большим временным промежутком без солнечных пятен.

Некоторые участники отметили необходимость привести данные климата и Солнца к единому стандарту и сделать их широкодоступными для мультидисциплинарных исследований. Поскольку механизмы солнечного воздействия на климат довольно запутанные, исследователи из разных областей науки смогут работать вместе для создания успешной модели и сравнения результатов. Длительное и все лучшее сотрудничество между NASA, NOAA и NSF — ключ к этому процессу.

Гал Маринг (Hal Maring), климатолог из штаб-квартиры NASA, изучал доклад, отметил, что «участники указали на большое количество интересных возможностей. Однако, из них едва какую-то можно подсчитать так, чтобы мы могли уверенно оценить ее влияние на климат». Ключевая задача всех исследователей — ограничить возможности четкими и понятными моделями.

Наконец, многие участники отметили сложность в дешифровке связи между климатом и солнцем от таких палеоклиматических записей, как годовые кольца на деревьях и керне льда. Вариации в магнитном поле Земли и атмосферная циркуляция может влиять на отложение радиоизотопов гораздо больше, чем солнечная активность на тот момент. Лучшие длительные записи солнечного излучения могут находиться в камнях и осадочных породах Луны или Марса. Изучение других миров может стать ключом к нашему с вами.

 

Для ознакомления с полным текстом доклада «The Effects of Solar Variability on Earth’s Climate» перейдите по ссылке ( http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=13519 ) от National Academies Press: NAP

Автор: Тони Филлипс
Источник: NASA

Оставить комментарий

Видовая площадка «ЗаБерег»: идеальное место для недорогой и необычной свадьбы на природе

Что важно помнить при планировании поездки в Туманный Альбион

Древние археологии Майя. Город Чичен Ица

Впереди сезон отпусков. Готовьте документы

Кронштадт – город с историей

В Новом году с вами Новатэк акции

Как подготовиться к диктанту по русскому языку в 3 классе

Женские туфли для молодых мам

Встречаем правильно год Дракона

Путешествуем с Aviaseler

Как подготовиться к поездке за рубеж

Аэрография как искусство. Немного истории

памятники из гранита

Сколько стоит памятник из гранита?

Концерт в подарок – отличная идея

Сахалин зовёт в путешествие

Зима – время волшебства и подарков

Кто хочет в Испанию? Вам сюда

Как провести время в Иркутске или Бабр приглашает

Сэндвич панели не съедобны, но очень полезны

Лето начинается с путешествия

© 2012-2023 "Путь Востока" Яндекс.Метрика