Kosmisk stråling øker dannelsen av små partikler i atmosfæren betydelig, viser de første resultatene fra eksperimentet CLOUD. Det styrker ideen om at strålingen påvirker skyer og klima.
Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.
Jasper Kirkby inne i skykammeret som står sentralt i CLOUD-eksperimentet ved CERN. (Foto: CERN/Maximilien Brice)
Kosmisk stråling og klima
Hypotesen om kosmisk stråling og skydannelse går ut på at variasjoner på sola forårsaker endringer i klimaet på jorda, via kosmisk stråling og skydannelse.
Den foreslåtte mekanismen er at økt kosmisk stråling gir flere små partikler i lufta, som bidrar til dråpedannelse og skydannelse. Flere skyer avkjøler atmosfæren.
Kosmisk stråling kan for eksempel komme fra supernovaer og sorte hull, og treffer vår atmosfære med høy hastighet.
Solvinden og solas magnetfelt skjermer jorda og solsystemet fra slik kosmisk stråling utenfra.
Solas magnetfelt er enormt, og bæres av solvinden - den konstante strømmen av partikler som sola slynger ut i rommet. Alle planetene befinner seg innenfor dette feltet.
Mengden kosmisk stråling som treffer jordas atmosfære varierer med styrken på solas magnetfelt.
Vann kan kondensere på slike små partikler, kalt aerosoler, dersom de vokser seg store nok.
Slik kan den kosmiske strålingen bidra til skydannelse og påvirke klimaet. En reduksjon i den kosmiske strålingen vil muligens gi et varmere klima på grunn av færre skyer.
Så langt har forskningen på dette feltet vært kontroversiell.
De nye resultatene er såpass sensitive for prestisjetunge CERN at generaldirektør Rolf-Dieter Heuer ifølge en tysk avis har bedt forskerne om å la være å tolke sine egne resultater.
Studien er publisert i tidsskriftet Nature i dag.
- Jeg har bedt kollegaene om å legge fram resultatene klart, men ikke tolke dem. Da beveger man seg raskt inn i den sterkt politiske arenaen for diskusjon om klimaendringer. Man må være klar over at kosmisk stråling bare er én av mange parametere.
Også pressemeldingen fra Nature sparer på informasjonen om den delen av studien som går på kosmisk stråling og den mulige påvirkningen på skydekket.
Ikke overrasket
- Det er jeg ikke noe overrasket over, kommenterer Henrik Svensmark ved det danske romforskningsinstituttet DTU Space.
Sammen med kollega Eigil Friis-Christensen var han tidlig ute (i 1997) med en hypotese om at variasjoner i skydekket kan knyttes til variasjoner i den kosmiske strålingen som treffer jorda.
- De er veldig forsiktige med hva de sier. Alt om klima er veldig følsomt. Det er så mye politikk i det, fortsetter Svensmark.
I sentrum av akkurat denne diskusjonen står spørsmålet om hvor stor innvirkning solvariasjon har på klimaet vårt.
FNs klimapanel baserer seg nemlig på klimamodeller som tar høyde for en viss variasjon i energiutstrålingen fra sola. Danskenes hypotese sier at det er en annen type solvariasjon som påvirker klimaet vårt mye mer, via den kosmiske strålingen.
Solvinden og solas magnetfelt beskytter oss nemlig mot slik stråling. Styrken på solas magnetfelt varierer, og dermed varierer også mengden kosmisk stråling som treffer jordas atmosfære.
Slik kan variasjoner i solas magnetfelt indirekte påvirke skyene i atmosfæren, ved å slippe gjennom eller stenge ute de kosmiske strålene.
Annonse
Kontroversiell
Det er denne effekten som har vært svært kontroversiell, og den er ikke tatt med i klimamodellene. De første årene var det få som tok danskenes hypotese på alvor i det hele tatt, men det har endret seg.
CLOUD-eksperimentet ved CERN er designet nettopp for å avgjøre om kosmisk stråling har en signifikant effekt på klimaet eller ikke.
- Vi har funnet at kosmisk stråling signifikant øker dannelsen av aerosolpartikler i de midtre lagene av troposfæren og høyere, forklarer Jasper Kirkby. Han er CLOUD-eksperimentets talsmann og partikkelfysiker.
Troposfæren er den laveste delen av jordas atmosfære, og det er her de fleste skyene og værfenomenene dannes.
- Disse aerosolene kan etter hvert vokse til å bli frø for skyer, sier Kirkby i en pressemelding.
Skykammeret sett fra utsiden. (Foto: CERN/Maximilien Brice)
Kirkby understreker at de første resultatene ikke sier noe om hva slags innvirkning den økte partikkeldannelsen eventuelt har på jordas klima.
- Vi prøver ganske enkelt å gjøre veldig nøyaktige og systematiske målinger av disse prosessene. Det kan hende vi finner en liten effekt, og det kan hende vi finner en stor effekt. Jeg kan ikke spekulere, sier Kirkby til forskning.no.
Han mener dessuten at Welt Online har feiltolket CERNs generaldirektør når det gjelder anmodningene til forskerne.
- Han sa ikke at vi ikke skulle fortolke resultatene. Det må jo alle forskere gjøre. Han sa at vi ikke skulle spekulere, for det blir jo bare meninger, sier Kirkby.
Annonse
Skykammer
CLOUD-testingen har foregått i et avansert skykammer med en partikkelstråle fra CERNs protonsynkrotron. Dette er en såkalt partikkelakselerator hvor partikler skytes av gårde i en bane og får veldig høy hastighet - tilsvarende partiklene i kosmisk stråling.
Dannelsen av aerosoler i skykammeret ble testet med og uten stråling. I forskningsartikkelen forklarer forskerne at stråling tilsvarende bakkenivå økte dannelsen av aerosoler med 2 til 10 ganger eller mer.
- Dette vil manifestere seg som en jevn produksjon av nye partikler som er vanskelig å isolere i observasjoner av atmosfæren, men som likevel finner sted og kan være ganske stor når man regner ut det globale gjennomsnittet for troposfæren, konkluderer de.
I denne videoen fra CERN forklarer Jasper Kirkby de nye funnene fra CLOUD-eksperimentet.
- Utrolig glad
Henrik Svensmark mener dette bekrefter eksperimenter som danskene har gjort de siste fem årene.
- Jeg er utrolig glad for at en helt uavhengig forskningsgruppe kommer fram til de samme resultatene som oss, sier han til forskning.no.
- Det har vært mye polarisering i denne diskusjonen, det er det jo rundt alt som har med klima å gjøre, men de vitenskapelige resultatene våre har vært robuste. Nå er de verifisert av den prestisjetunge institusjonen CERN, sier Svensmark.
I presentasjonen av sine eksperimenter og resultater har danskene imidlertid gått langt i å si at de faktisk viser hvordan kosmisk stråling påvirker skydannelsen.
- Det er for tidlig å konkludere med at kosmisk stråling har en signifikant innvirking på klimaet, heter det i pressemeldingen fra CERN.
Partiklene må vokse
Annonse
Jasper Kirkby svarer ikke direkte på hvorvidt CLOUD-studien styrker danskenes hypotese om de kosmiske strålenes mulige innvirkning på skyene.
- Den lar muligheten stå åpen, sier han.
Kirkby understreker at partiklene CERN-forskerne har dannet i skykammeret så langt, er for små til å kunne danne dråper.
- Vi dannet stabile aerosolpartikler. Det vil si at de er så store - rundt to nanometer - at de ikke vil fordampe. De ville måtte vokse til 50 nanometer, det vil si en million ganger så mye masse, for å kunne danne små dråper, forklarer han.
Aerosolene i atmosfæren svirrer rundt og kolliderer med hverandre. Når det skjer, smelter de sammen, og to blir til én. Derfor vet ikke forskerne hvor mange av de ørsmå partiklene som faktisk blir store nok til å danne dråper.
Sjekket observasjoner
Svensmark sier de danske forskerne var opptatt av det samme spørsmålet etter sine eksperimenter:
”Har effekten vi kun har sett i eksperimentene betydning i den virkelige atmosfæren?”
- Da gjorde vi et stort arbeid i 2009, hvor vi utnyttet det at sola har store utbrudd innimellom, som får den kosmiske strålingen til å falle. Vi undersøkte kjeden ved hjelp av observasjoner, fra kosmisk stråling til dannelsen av aerosoler, og til påvirkning på skyene, sier Svensmark.
Studien fra 2009 antyder at effekten er signifikant og har en fundamental betydning for skydannelse i atmosfæren, mener han.
Kirkby mener derimot at slike undersøkelser, som er gjort med satellittdata, fortsatt har sprikende resultater.
- Dette viser at effektene, hvis de er der, er vanskelige å skille ut fra alle de andre kildene til skyvariasjon, sier han.
Derimot finnes det sterkere dokumentasjon innen forskningen som rekonstruerer fortidige klimaendringer, mener han.
Annonse
- Klimaet har ofte variert over skalaer på 100 år i en styrke som er sammenlignbar med dagens oppvarming. Disse variasjonene korrelerer ofte med endringer i solvinden, og antyder at variasjoner på sola påvirker jordas klima, sier Kirkby.
Vet lite om skydannelse
Ett av de store problemene er at det er fryktelig mye vi enda ikke vet om skyer og skydannelse. Den nye studien fra CERN viser at vi faktisk vet enda mindre enn vi trodde.
Modellberegninger antyder at nesten halvparten av kondensasjonskjernene for skyer i den laveste delen av atmosfæren stammer fra små molekyler av kjemiske forbindelser som det er lav konsentrasjon av.
Antagelsen har vært at det først og fremst er molekyler av av svovelsyre som er ansvarlige for dannelsen av nye aerosoler i atmosfæren.
Resultatene fra CLOUD viser at dette ikke stemmer. De kjemiske forbindelsene man har forklart skydannelsen med så langt, kan bare forklare en liten del av den observerte aerosoldannelsen i atmosfæren – selv når effekten fra kosmisk stråling er tatt med i beregningen.
Skykammeret fotografert fra undersiden. (Foto: CERN/Maximilien Brice)
Det finnes altså en ukjent faktor, som forskerne mener må være organiske forbindelser i atmosfæren.
- Viktig å finne ut
- Det var en stor overraskelse å finne ut at dannelsen av aerosoler i den lavere delen av atmosfæren ikke skyldes svovelsyre, vann og ammoniakk alene, sier Kirkby.
Basert på de første resultatene fra CLOUD, er det klart at behandlingen av aerosoldannelse i klimamodeller må revurderes betydelig, siden alle modeller antar at dette forårsakes av disse forbindelsene alene, ifølge pressemeldingen fra CERN.
- Nå er det svært viktig at vi finner ut hvilke andre forbindelser som er involvert, om de stort sett er naturlige eller menneskeskapte, og hvordan de påvirker skyer. Dette blir vår neste jobb, sier Kirkby.
- Hvor mange av aerosolene som vokser seg store nok til å danne frø for skyer, og hvilken rolle organiske forbindelser spiller i vekstprosessen, er spørsmål som står åpne eksperimentelt sett, skriver forskerne i studien sin.
Når er det sannsynliggjort?
CERN og Kirkby understreker altså at man må vente med å si noe om forbindelsen mellom kosmisk stråling, aerosoldannelse og skyer til man har identifisert de ukjente kjemiske forbindelsene, testet hvordan strålingen påvirker dem, og funnet ut hva som er den endelige virkningen på skyene.
Henrik Svensmark tror likevel forskningsmiljøet er i ferd med å komme til den erkjennelse at man ikke bare kan avvise hypotesen fra danskene lenger.
- Det er nok flere som vil begynne å tenke at dette kanskje ikke er helt feil. Men derfra til å si at dette har stor betydning for jordas energibalanse, er et større skritt, sier han.
Spørsmålet er på hvilket tidspunkt noe er godt nok sannsynliggjort til at folk tror på det, mener Svensmark.
- Den beste måten å verifisere disse tingene på, er gjennom satellittobservasjoner av skyer og samtidige målinger av endringer i ioniseringen av atmosfæren. Her tror jeg vi er på vei, men om folk blir overbevist av det, er en annen sak, sier han.
CERN-forskerne skal på sin side eksperimentere med større partikler i skykammeret sitt, og håper etter hvert å få til kunstige skyer.
I denne videoen fra CERN får du vite mer om hva CLOUD-eksperimentet går ut på.
Referanser:
Jasper Kirkby m.fl.; Role of sulphuric acid, ammonia and galactic cosmic rays in atmospheric aerosol nucleation; Nature, 24. august 2011; doi:10.1038/nature10343. Les sammendrag.
Henrik Svensmark, Torsteb Bondo, Jacob Svensmark; Cosmic ray decreases affect atmospheric aerosols and clouds; Geophysical research letters; 2009; vol. 36, L15101, 4 pp; doi:10.1029/2009GL038429. Les sammendrag.
Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen, Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage—a missing link in solar-climate relationships, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics; volum 59, utg. 11, juli 1997, s. 1225-1232 Les sammendrag her.
