Er eitthvað að sólinni?

Heimild:  

Nýjar rannsóknir benda til að sólin sé alls ekki jafn stöðug og talið hefur verið. Fjöldi sólgosa hefur verið niðri í öldudal og kannski munu þau hverfa alveg um tíma. Þetta er vísbending um óþekkt ferli í iðrum sólar sem kunna að hafa mikil áhrif á loftslag jarðar.

Sólin er síkvik eins og sést á þessari mynd frá NASA-gervihnettinum Solar Dynamics Observatory. En að undanförnu hefur virknin verið óvenju lítil og vísindamenn eru í vafa um orsakir þess.

Veturinn 2010 var óvenju kaldur í Norður-Evrópu. Margt bendir nú til að þetta hafi ekki verið tölfræðileg hending heldur að skýringuna megi leita til sólarinnar. Á þessu tímabili var virkni sólar óvenjulega lítil. Þessi litla virkni gæti hafa verkað á svonefndar vindrastir í heiðhvolfinu sem hafa hindrað milda vestanvinda að komast inn frá Atlantshafi, en þeir veita okkur tiltölulega mild vetrarveður.

Þetta er álit Michael Lockwood við University of Reading en hann er prófessor í geimeðlisfræði. Rannsóknir hans benda til að sólin sé ekki jafn stöðug og talið hefur verið. Þetta sjónarmið styðja aðrar rannsóknir sem sýna að nokkrir þættir í virkni sólar geta sveiflast furðu mikið.

Eitt greinilegt frávik felst í fjölda sólgosa. Á síðustu 300 árum hafa sólgosin komið og farið í 11 ára lotum. En síðasta hringrásin hefur staðið óvenju lengi yfir og eins hafa komið margra vikna tímabil án sólgosa.

Þessi minnkun í sólgosum er einnig áhugaverð vegna kenninga Lockwoods um samhengi í sólarvirkni og kaldra vetra í Norður-Evrópu. Þegar sólgos eru tíð er sólin afar virk og sendir tiltölulega mikið útfjólublátt ljós frá sér. Það er einmitt þessi útfjólubláa geislun sem verkar á efstu lög heiðhvolfsins. Kenning hans byggir á að ózonlagið dragi í sig útfjólubláu geislunina 20 – 50 km yfir jörðu og hitar þannig heiðhvolfið. Þetta leysir úr læðingi vinda og samkvæmt útreikningum Lockwoods verkar það einnig á veðrahvolfið í 7 – 12 km hæð þar sem vindrastir er að finna. Ekki er ljóst hvernig þessi mekanismi virkar en samhengið er greinilegt. Á grundvelli umfangsmikillar tölfræði hefur Lockwood komist að því að kaldir vetur í Evrópu tengjast lágri virkni sólar – síðasta dæmið er veturinn 2009 – 10.

Kaldir vetur eru einungis staðbundið fyrirbæri sem stafa af breytingum í vindröstunum en þær hindra heitt loft frá Atlantshafi í að komast áfram svo að í stað þess fáum við kalda vinda frá Síberíu. Loftslag jarðar sem slíkt breytist ekki. Reyndar virðist 2010 verða afar hlýtt ár á heimsvísu. Lockwood telur þó einnig að virkni sólar hafi minnkað undanfarin 100 ár og að hún kunni að vera á leiðinni inn í langvarandi tímabil án sólgosa.

Rafgas náði til pólanna

Dr. Mausumi Tikpati og rannsóknarteymi hennar við Center for Atmospheric Research í Colorado hefur nú komið fram með skýringu á minnkandi virkni í sólinni. Rétt eins og hafstraumar á jörðu eru undir yfirborði sólarinnar straumar af heitu rafgasi. Venjulega flýtur rafgasið þétt undir yfirborðinu frá miðbaug í átt til pólanna þar sem gasið sekkur og snýr aftur til miðbaugs. Rétt eins og hafstraumar jarðar geta gasstraumar sólarinnar breytt um farveg. Yfirleitt hreyfast straumarnir um 2/3 leiðarinnar til pólanna áður en þeir sökkva niður. En undir lok 2008 náðu rafgasstraumarnir næstum alla leið til pólanna og leiðin til baka gekk hægar fyrir sig en venjulega. Útreikningar í líkönum sýna að þetta breytta streymi getur útskýrt minnkandi virkni. Helsta spurningin er nú um hvort sé um tímabundið og takmarkað fyrirbæri að ræða eða hvort þetta er til marks um varanlegar breytingar. Kannski kemur svarið frá nýjum geimkanna sem er ætlað að rannsaka sólina í návígi.

Minnkandi sólvindar

Færri sólgos eru ekki það eina sem er óvenjulegt við sólina um þessar mundir. Þannig hefur mælst lítið fall sem nemur 0,02% í útgeislun sólar á sýnilegu ljósi og öllu stærra fall eða 6% í geislun útfjólublás ljóss – hvort tveggja miðað við síðasta sólgosalágmark árið 1996. Önnur mæling sýnir veikustu sólvinda undanfarin 50 ár. Sólvindurinn er straumur af rafhlöðnum öreindum sem þeytast frá sólu, jafnan á 400 km hraða á sek. Evrópski geimkanninn USS mældi árið 2008 20% fall í þrýstingi sólvindsins. Að lokum sendir sólin mun minni geislun á útvarpssviðinu en venjulega. Þannig var geislun við bylgjulengdina 10,7 sm sú veikasta frá því 1955.

Hver fyrir sig eru þessar breytingar ekki uggvænlegar. En samanlagt sýna þær að við getum ekki tekið stöðugleika sólar sem gefinn. Engin hætta er á að sólin fari skyndilega að bólgna upp og breytast í rauða risastjörnu. Hins vegar hafa sveiflurnar mikil áhrif í þeim loftslagslíkönum sem vísindamenn nota. Fram til þessa hafa menn talið að við gætum látið okkur nægja að einbeita okkur að þeim aðstæðum hér á jörðu sem hafa áhrif á loftslagið – einkum magn gróðurhúsalofttegunda í lofthjúpnum. En sé háttalag sólarinnar raunverulega að breytast eru á ferðinni alveg ný viðmið sem taka þarf tillit til í loftslagslíkönum.

Árhringir afhjúpa virkni

Til að skilja hegðun sólar yfir lengri tíma er nauðsynlegt að vita um aðstæður í stjörnu okkar um mörg þúsund ára skeið, eða löngu áður en menn tóku að stunda mælingar á henni.

Hins vegar má fylgjast með virkni sólar þúsundir ára aftur í tímann með aðstoð samsætumælinga á jörðu. Þá má greina magn kolefnis-14 í árhringjum trjáa ásamt magns berilium-10 í ískjarnaborunum. Þau gildi ráðast af því hve mikil geimgeislun hefur náð til jarðar. Og geimgeislunin ræðst síðan af segulsviði sólar sem er öflugast þegar hún er hvað virkust. Með því að skoða slíkar greiningar hefur Michael Lockwood uppgötvað mynstur þar sem virkni sólar stígur hægt yfir um 300 ára tímaskeið en fellur síðan hratt á næstu 100 árum.

Samkvæmt Lockwood virðist fall í sólar í sumum tilvikum enda með langvinnu tímabili þar sem nánast engin sólgos er að finna. Slík tímabil hafa einkennt kalt loftslag – alla veganna í Evrópu. En það hafa verið fleiri slík tímabil. Þrjú þeirra þekktustu frá síðari tímum eru Spöre-lágmarkið árin 1415 – 1510, hið umtalaða Maunder-lágmark frá 1645 – 1715 og Dalton-lágmarkið árið 1795 – 1820. Öll þessi tímaskeið tengjast langvarandi kuldatíð í Evrópu og Norður-Ameríku sem er stundum nefnd litla ísöld. Sem dæmi var oft mögulegt að skauta á Thamesá sem er ákaflega fátítt nú á dögum. Með sama hætti virðast fyrri hlýskeið við árið 1000 tengjast mikilli virkni sólar.

Rétt eins og nánast hvaðeina við loftslagsrannsóknir er örðugt að segja nákvæmlega fyrir um orsakir. Vera kann að kalt loftslag hafi einkum verið bundið við Evrópu og Norður-Ameríku og auk þess kunna aðrir þættir en sólin að hafa skipt máli. Einn möguleiki er aukin tíðni eldgosa sem hafa leitt af sér mikið magn ösku í lofthjúpinn en það hefur kælandi áhrif. Kannski hafa þessir tveir þættir, sólin og eldsumbrot, magnað loftslagsbreytingar á litlu ísöld.

Nýtt lágmark kann að vera framundan

Það sem skiptir sköpum fyrir okkur er venjulega hvort framundan sé nýtt Maunder-lágmark eða samsvarandi fyrirbæri sem getur leitt af sér umtalsverðar loftslagsbreytingar hér á jörðu.

Í augnablikinu eru ýmis merki þess að virknin fari á ný vaxandi. Þrátt fyrir að sólin hafi verið í langvarandi lágmarki hvað fjölda sólgosa varðar er útlit fyrir að við fáum nýtt og nokkuð seinkað sólgosahámark. Nokkrar rannsóknir benda samt til að það verði ekki jafn mikið og fyrri hámörk. Þannig hefur aðstoðarforstjóri sólarrannsóknarstöðvar í Arizona, Mark Giampapa, fylgst með þróun sólar yfir lengri tímabil. Með því að greina gögn um sólgos aftur til 1980 hefur hann komist að því að segulstyrkur inni í gosunum virðist minnkandi. Giampapa telur þetta til marks um að sólin sé á leið inn í langvarandi tímaskeið án sólgosa rétt eins og við Maunder-lágmarkið. Þetta passar ágætlega við athuganir Lockwoods um að sólin sé nú á tímaskeiði með minnkandi virkni.

Hins vegar er ekki sjálfgefið að nýtt langvarandi lágmark muni hafa sömu áhrif á loftslag og síðast og leiða til nýrrar lítillar ísaldar. Það er nefnilega umtalsvert meiri CO2 í lofthjúpnum í dag sem getur tafið framvinduna.

Sólin er ekki alveg venjuleg

Ein leið til að skilja sólina er með greiningum á virkni hennar aftur í tímann. Önnur felst í að bera hana saman við stjörnur af sömu gerð.

Sólin er 6.000° heit stjarna af litrófsgerð G og það fyrirfinnast milljónir slíkra stjarna í Vetrarbrautinni. Í samvinnu við fjölmarga ítalska stjörnufræðinga hefur Mark Giampapa rannsakað 15 svipaðar stjörnur í klasanum M67 í 2.700 ljósára fjarlægð. Stjörnur þessar eru á svipuðum aldri og sólin, 4,6 milljarða ára, og hafa nánast sömu efnasamsetningu.

Þrátt fyrir gríðarlega fjarlægð er í raun hægt að rannsaka þessar stjörnur og möguleg sólgos á yfirborði þeirra. Sólgos – eða í þessu tilviki stjörnugos – eru kaldari en sjálft yfirborð stjarnanna. Þetta nýta menn sér með því að skoða stjörnuna með tveimur litrófsaðferðum, þar sem önnur þeirra tekur mið af hitastigi, en hin ekki. Finnist mörg gos með lágu hitastigi verður hitastigs-kúrfan dýpri og greinilegri, og þannig mögulegt að framkvæma harla nákvæmar mælingar á bæði stærð gossins og hitastigi. Mælingarnar hafa staðið yfir í 6 ár og niðurstaðan til þessa er sú að engin athuguð stjarnanna virðist hafa lotubundnar sveiflur í fjölda sólgosa undir 6 árum. Mælingum verður áfram haldið í nokkur ár áður en unnt verður að segja með öryggi hvernig 11 ára lotur sólar okkar eru í samanburði við aðrar stjörnur.

Fræðimenn hafa einnig greint hvernig ljósstyrkurinn breytist fyrir útvöldu stjörnurnar í M67. Og þá virðist sólin okkar stöðugri og rólegri en flestar stjörnur af sömu gerð – nokkuð sem við ættum sannarlega að gleðjast yfir.

Að öðru leyti kom í ljós að ótrúlega erfitt reyndist að finna stjörnur með sömu efnasamsetningu og sólin. Það stríðir gegn sígildum skilningi á að sólin okkar sé fullkomlega miðlungsstjarna og ekki sérlega áhugaverð. Þannig hefur sólin tiltölulega lítið innihald af frumefnum með hátt bræðslumark. Beri stjörnufræðingar sólina saman við þær stjörnur sem þeir nefna sólartvíbura – eða það næsta sem hægt er að komast okkar eigin sól – er innihald léttari frumefna eins og súrefnis og kolefnis nánast það sama, meðan innihald þyngri efna eins og áls, járns og nikkels er 10 – 20% lægra. Ein möguleg skýring er að þessi efni hafi farið í að mynda bergplánetur líkt og jörðina. En óháð útskýringum er sólin með nokkuð óvenjulega efnasamsetningu. Hvað það þýðir fyrir stöðugleika og hegðun hennar er þó ekki vitað.

En rannsóknirnar halda áfram – bæði með samanburði stjarna og sólar – með sólarrannsóknarstöðvum á jörðu og sérbúnum gervihnöttum. Innan nokkurra ára munum við kannski öðlast haldbetri svör um hvort eitthvað sé að sólinni – og hvað það kunni að vera.