Podgrzani słońcem

Dlaczego na Ziemi jest ciepło? Nie trzeba być astronomem, by odpowiedzieć: zawdzięczamy to Słońcu. Przecież w nocy, gdy nie ma go na niebie, temperatura spada. A wielomiesięczna noc polarna ściąga na bieguny przeraźliwy mróz. Skoro więc Słońce równa się ciepło, to po co szukać innych przyczyn globalnego wzrostu temperatury? Być może to większa niż zwykle aktywność naszej gwiazdy podgrzewa Ziemię. – Sprawdźcie to! – poleciły nam wysokie czynniki w redakcji „Przekroju” zdegustowane zgodnym chórem naukowców i polityków przekonujących o winie ludzkości produkującej gazy cieplarniane. Chór został w lutym tego roku wzmocniony publikacją wniosków z najnowszego raportu Międzyrządowego Panelu do spraw Zmian Klimatu (IPCC). Oczywiście raporty IPCC mogą być błędne. Jednak przez kilkanaście lat pracowało nad nimi kilkuset znakomitych naukowców z całego świata. Ich dzieło z pewnością nie jest idealne, ale jest najlepszym oszacowaniem stanu klimatu, na jakie stać dziś świat nauki. Czy warto więc z przekonaniem szukać
koncepcji alternatywnych? Otóż są tacy, którzy walczą z większością i tłumaczą globalne ocieplenie właśnie zwiększoną aktywnością Słońca.

Kosmiczna grzałka

Słońce rzeczywiście świeci coraz jaśniej. Tyle, że w kosmicznej skali czasu. W ciągu ostatnich 4,5 miliarda lat, odkąd rozpoczęło stabilne spalanie wodoru, ilość wytwarzanej przez nie energii zwiększyła się o 30 procent. Nie oznacza to jednak, że natężenie promieniowania docierające do Ziemi rośnie liniowo. Wręcz przeciwnie – waha się w ciągu dni, lat i tysiącleci. Najbardziej znany jest cykl 11-letni zwany cyklem plam słonecznych. Chińczycy obserwowali plamy na Słońcu już w 800 roku przed naszą erą, ale wyjaśnienie tego zjawiska nastąpiło dopiero w XIX wieku. Pojawianie się tych ciemniejszych (i chłodniejszych) rejonów świadczy o zwiększonej aktywności Słońca, które pracuje wówczas intensywnie (choć bardziej chaotycznie), a ich brak – o pracy równej i spokojnej.

Zmiany długookresowe określono w ciągu ostatniego półwiecza na podstawie pośrednich wskaźników aktywności Słońca. Jego promieniowanie wpływa na powstawanie w atmosferze pewnych izotopów berylu i węgla, które potem można analizować w liczących tysiące lat warstwach polarnego lodu i w torfie. Na tej podstawie okazało się, że Słońce wykazuje wyraźną cykliczność o okresie blisko 200 lat. Nowoczesna aparatura potrzebna była nie tylko do wykrycia zmian długookresowych, ale i tych najszybszych. Pracujący od 1995 roku satelita SOHO wykazał zmienność aktywności naszej gwiazdy w skali dni, a nawet godzin. Niektórzy naukowcy analizujący te wszystkie dane twierdzą, że Słońce dawno już nie było tak pracowite jak obecnie. Sami K. Solanki, fizyk z Max Planck Institute for Solar System Research, opublikował dwa lata temu pracę, w której udowadniał, że aktywność Słońca w ciągu ostatnich 60 lat osiągnęła najwyższy poziom od ośmiu tysięcy lat. Ale dziś sam dodaje, że wpływ tego wzrostu na ocieplenie klimatu jest podrzędny w
stosunku do efektu nagromadzenia gazów cieplarnianych. Wpływu aktywności słonecznej nie negują zresztą sami autorzy raportu IPCC. Oceniają jednak, że jego znaczenie jest kilkakrotnie mniejsze niż skutki wzrostu stężenia CO2 i metanu w atmosferze.

Taki sam werdykt wydali naukowcy ze Stanów, Szwajcarii i z Niemiec, którzy w sierpniu zeszłego roku w tygodniku "Nature" opublikowali poważny przegląd dotychczasowej wiedzy o wpływie Słońca na klimat Ziemi. Z jedną wszakże adnotacją: Słońce może oddziaływać na naszą planetę w pośredni i bardziej subtelny sposób. Na przykład poprzez promieniowanie ultrafioletowe lub wpływając na bombardowanie Ziemi przez promieniowanie kosmiczne. I temu tropowi warto się przyjrzeć. Na gwiezdnych szlakach

Największy wpływ na ilość energii, jaka dociera do Ziemi ze Słońca, ma nie jego aktywność, ale ustawienie naszej planety w kosmosie. Na początku XX wieku serbski geofizyk Milutin Milanković odkrył, że seria epok lodowcowych, jaka nawiedziła Ziemię w ciągu ostatnich dwóch milionów lat, jest ściśle skorelowana ze zmianami orbity Ziemi i nachylenia osi obrotu planety do płaszczyzny tej orbity. Wyróżnił cykle o okresach około 20 tysięcy, 40 tysięcy i 100 tysięcy lat. Oprócz tych dwóch złożonych zmiennych – aktywności Słońca i orbity Ziemi – jest jeszcze trzecia. Cały Układ Słoneczny powoli wędruje przez naszą galaktykę zwaną Drogą Mleczną i co 100–150 milionów lat przechodzi przez jedno z jej ramion. W tym okresie znacznie zwiększa się natężenie promieniowania kosmicznego pochodzącego od umierających gwiazd. W 2002 roku izraelski astrofizyk Nir J. Shaviv opublikował pracę, w której wykazał zaskakującą zbieżność między tymi galaktycznymi przejściami a okresowym ochładzaniem się klimatu Ziemi. Pokusił się też o
wyjaśnienie, w jaki sposób promieniowanie kosmiczne miałoby ochładzać Ziemię.

Shaviv zasugerował, że promieniowanie kosmiczne, wnikając głęboko w atmosferę Ziemi, może powodować w niej tak zwane zasiewanie chmur. Rozpędzone cząstki promieniowania zderzają się z atomami tlenu, co pociąga za sobą lawinę reakcji chemicznych. W rezultacie w najniższej warstwie atmosfery powstają miniaturowe drobiny, na których skrapla się woda i powstają chmury. A zachmurzenie (zwłaszcza niskie) ma ochładzający wpływ na klimat.

Tylko co to ma do aktywności Słońca? Otóż ma, i to całkiem sporo. Słońce wysyła w kierunku Ziemi nie tylko promieniowanie, ale też tak zwany wiatr słoneczny, czyli strumienie naelektryzowanych cząstek. Ten wiatr wpływa na pole magnetyczne Ziemi i przepuszczalność wysokich warstw atmosfery dla promieniowania kosmicznego. W rezultacie im silniejszy strumień wiatru słonecznego, tym mniej tego promieniowania dociera w pobliże powierzchni Ziemi. Powstaje mniej chmur, atmosfera się grzeje. Proste, zgrabne i logiczne. Tyle że ciągle jeszcze niezbyt wiarygodne, bo na temat teorii zasiewania chmur przez promieniowanie kosmiczne wciąż nie ma żadnej poważnej publikacji.

Sytuację wyjaśni może satelita SDO, który już w przyszłym roku ma zostać umieszczony przez NASA na orbicie okołoziemskiej. Ma śledzić zmiany w promieniowaniu słonecznym z wysoką rozdzielczością, w czasie rzeczywistym i z podziałem na różne zakresy widma. Naukowcy najbardziej interesują się dalekim ultrafioletem, który najsilniej oddziałuje na wyższe warstwy atmosfery Ziemi. To tam właśnie dochodzi do osłabienia promieniowania kosmicznego. Pomiary z tego satelity być może pozwolą wreszcie ustalić, czy zjawisko zasiewania chmur jest faktem i czy wzrost aktywności słonecznej może być przyczyną – jak sugeruje Shaviv – nawet 80 procent obserwowanego ocieplenia.

Klimatologia kopalna

Ultrafioletowy trop inspiruje naukowców do najdziwniejszych poszukiwań prawdy o wpływie Słońca na klimat. Kilka dni temu Alexander Ruzmaikin i Joan Feynman z NASA ogłosili wyniki badań wpływu aktywności naszej gwiazdy na opady deszczu. Mało emocjonujące? No to dodajmy, że chodzi o obserwacje trwające niemal 850 lat, a wykonane między... 622 a 1470 rokiem naszej ery! Nie, tym razem nie analizowano izotopów zamkniętych w arktycznym lodzie czy drewnie dawno ściętych drzew. Sięgnięto do notatek o poziomie wody w Nilu pieczołowicie spisywanych za czasów egipskich faraonów. Te zapiski porównano z innymi obserwacjami, które pochodzą z tego samego okresu, ale zostały wykonane w odległych częściach świata. Astrofizycy z NASA dokopali się bowiem do opisów częstości zórz polarnych obserwowanych w Europie Północnej i na Dalekim Wschodzie. A zorze są przecież przejawem aktywności Słońca – powstają, gdy chmura naelektryzowanych słonecznych cząstek dociera do wysokich warstw atmosfery. W szponach kosmoekonomii

Co więc odkryli amerykańscy badacze? Wyraźnie nieprzypadkową zależność między liczbą zórz a wahaniami poziomu wody w Nilu. Były one zgrane ze sobą w dwóch cyklach trwających 88 i 200 lat. Im większa była aktywność Słońca (o której informowały nas zorze), tym mniej wody płynęło Nilem. Oznaczało to, że na suszę cierpiała znaczna część Afryki, bo święta rzeka Egipcjan zbiera wodę z prawie 10 procent całego kontynentu. Autorzy odkrycia podejrzewają, że za to zjawisko mogło odpowiadać większe natężenie promieniowania ultrafioletowego docierającego do nas ze Słońca. Mogło to wpłynąć na cyrkulację powietrza nad Atlantykiem. To z kolei mogło zmienić rozkład temperatur powietrza i nasilić opady.

Pomiary zmian aktywności Słońca i próby powiązania ich z globalnym ociepleniem to zadanie dla wąskiej grupy ekspertów. A mimo to stały się gorącym tematem dla szerszej publiki. Czemu? Oczywiście chodzi o pieniądze. Pierwsze badania na styku astrofizyki i gospodarki prowadzono już przed wiekami, próbując wywróżyć z intensywności zorzy polarnej losy poszczególnych królów lub obfitość zbiorów. Z nowożytnych podejść do „kosmicznej ekonomii” znamy prace Wiliama Herschla, który w XVIII wieku usiłował znaleźć związek między liczbą plam na Słońcu a cenami zboża na brytyjskim rynku (nie wiemy, z jakim powodzeniem). A dziś? Koncerny przemysłowe mają żywotny interes w wykazaniu, że na globalne ocieplenie nie mają wpływu ich działania, ale jedynie aktywność naszej gwiazdy. Dlatego warto dokładnie przyglądać się śmiałym teoriom podważającym znaczenie gazów cieplarnianych.

Pod koniec lutego głośno było na przykład o jednym z szefów obserwatorium astronomicznego Rosyjskiej Akademii Nauk w Petersburgu. Profesor Abdussamatow przekonywał, że ociepleniu ulegają synchronicznie Ziemia i Mars (na którym działania ludzi są nadal dość ograniczone). Wniosek? Człowiek nie ma ze zmianami klimatu nic wspólnego. Wszystko zależy od Słońca ogrzewającego obie planety. Koledzy po fachu nie zostawili na nim suchej nitki. – Nie ma na to ani sensownej teorii, ani obserwacji – powiedział Amato Evan, klimatolog z University of Wisconsin. Inni byli bardziej dosadni. – To kompletna bzdura – irytował się Charles Long z Pacific Northwest National Laboratories – przypadkowa zbieżność zjawisk wywołanych przez zmiany w orbitach obu planet. Cóż, najwyraźniej czytając o rewelacjach badaczy Słońca, należy stosować zasadę "Ufaj, ale kontroluj" autorstwa radzieckiego klimatologa W.I. Lenina.

Piotr Kossobudzki
Andrzej Pieńkowski