En kunstnerisk visualisering af hvordan kosmisk stråling med høj energi rammer Jordens atmosfære og danner kaskader af nye partikler – herunder energirige elektroner som forskerne nu har vist kan skabe kimen til dannelse af skyer (Grafik: NASA)

Nyt input til FNs klimamodel: Lektor Ulrik Ingerslev Uggerhøj, Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet, har – sammen med blandt andet Jens Olaf Pepke Pedersen og Martin Bødker Enghoff fra DTU Space – med et nyt eksperiment direkte påvist at kosmisk stråling kan skabe små svævende partikler – såkaldte aerosoler – i atmosfæren. Dermed underbygger de at der er en forbindelse mellem Solens magnetiske aktivitet og Jordens klima.

15.05.2011

Skyer – som er vanddråber – opstår lettere når vanddamp i atmosfæren kan kondensere omkring partikler – støv eller store klynger af molekyler. Forskerne har nu vist at elektroner skabt af den kosmiske stråling kan skabe små partikler som i atmosfæren kan vokse til sådanne sky-kondensationskerner. Dette er interessant i lyset af den kontroversielle teori fremsat af Henrik Svensmark, DTU Space, som postulerer en sammenhæng mellem Solens aktivitet og temperaturen på Jorden: Når Solens aktivitet og dermed magnetiske felt stiger (ses som flere solpletter), afbøjes flere af de kosmiske partikler og færre når dermed Jordens atmosfære hvorfor færre skyer dannes og dermed øges temperaturen ved Jordens overflade. Og omvendt: Når magnetfeltet svækkes, falder temperaturen. (Grafik: DTU Space)

Her ses et udsnit af Danmarks største partikelaccelerator, ASTRID, på Aarhus Universitet hvorfra forskerne har sendt elektroner ind i et klimakammer og skabt forhold som ligner atmosfæren i den højde hvor lave skyer dannes. Blot ved at sammenligne situationer i klimakammeret med og uden bestråling med elektroner, kan forskerne direkte se at en øget bestråling fører til flere aerosoler. Disse aerosoler er interessante da de kan få vanddampen i atmosfæren til kondensere til vanddråber – dvs. skyer. (Foto: AU)

Lektor Ulrik Ingerslev Uggerhøj, Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet.

Seniorforsker, Jens Olaf Pepke Pedersen, DTU Space.

Forsker Martin Bødker Enghoff, DTU Space

Med de nye forskningsresultater, som netop er offentliggjort i det anerkendte tidsskrift ’Geophysical Research Letters’, er det for første guang lykkedes forskere direkte at observere at de elektrisk ladede partikler, som kommer fra verdensrummet og rammer atmosfæren med høj fart, bidrager til at danne de aerosoler som er forudsætningen for at få dannet skyer.

Jo større skydække der er Jorden over, jo lavere bliver den globale temperatur – og omvendt stiger temperaturen når der er færre skyer. Antallet af partikler fra rummet svinger fra år til år - styret af blandt andet Solens aktivitet. Derfor har en forståelse af hvordan kosmiske partikler – som består af elektroner, protoner og andre ladede partikler - påvirker dannelsen af skyer og dermed deres antal, stor betydning for klimamodellerne.

Med forskernes nye viden er det nu tydeligt, at der er en forbindelse mellem Solens varierende aktivitet og dannelsen af aerosoler i Jordens atmosfære. I første omgang har forskerne påvist, at der er en sammenhæng, og der skal nu fortages systematiske målinger og modelleringer for at kunne afgøre, hvor stor betydningen er for klimaet. De nye undersøgelser, vil foregå på DTU Space i København og har blandt andet fået støtte i form af en ny bevilling fra statens Forskningsråd på 2 mio. kr.

Eksperiment i et klimakammer

I et klimakammer på Aarhus Universitet har forskere skabt forhold som ligner atmosfæren i den højde hvor lave skyer dannes. Ved at bestråle denne kunstige atmosfære med hurtige elektroner fra Danmarks største partikelaccelerator, ASTRID, har forskerne også på dette punkt skabt forhold som ligner de naturlige.
Blot ved at sammenligne situationer i klimakammeret med og uden bestråling med elektroner, kan forskerne direkte se at en øget bestråling fører til flere aerosoler.
I atmosfæren vil aerosolerne i løbet af timer eller dage vokse til egentlige skykim, som vanddamp vil fortætte sig på og dermed danne de små dråber som skyerne består af.

Baggrund

Baseret på sammenhængen mellem Solens aktivitetsniveau og Jordens globale temperatur fremkom den danske klimaforsker Henrik Svensmark i slutningen af 90erne med en kontroversiel teori: at der kunne være en sammenhæng mellem intensiteten af den kosmiske stråling som rammer Jorden – og som påvirkes af Solens aktivitet - og hvor mange skyer der dannes.
Nu er forskergruppen med eksperimentet i Aarhus nået et skridt nærmere for at kunne vise denne sammenhæng. Meget tyder på at klimamodellerne hermed må tage hensyn til den kosmiske stråling. Dermed kan de nye resultater give håb om bedre klimamodeller som kan beskrive Jordens temperatur og klima mere præcist.

Kommentarer fra tre af forskere bag eksperimentet:

Seniorforsker, Jens Olaf Pepke Pedersen, DTU Space, udtaler:

– Aarhus Universitet har en enestående facilitet der gør at vi for første gang kan lave en meget direkte test af teorien om at kosmiske partikler medfører dråbedannelse i atmosfæren.

Forsker Martin Bødker Enghoff, DTU Space, supplerer:

– Det er klart at vores resultater skal verificeres – ligesom der skal foretages flere målinger og modelberegninger – før vi kan sige hvor stor effekten er, men vi kan allerede nu afsløre at der uden tvivl er en effekt.

– Det er en fornøjelse at se disse resultater inden for klimaforskningen blive opnået ved vores accelerator. Det er faktisk kun ved det fælleseuropæiske forskningscenter, CERN, at man har mulighed for at lave noget tilsvarende, udtaler Ulrik Uggerhøj, lektor på Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet.

Fakta om eksperimentet

Et kammer indeholdende luft med nøje afstemte mængder af svovldioxid, ozon og vanddamp bestråles med elektroner. Solens lys, der i den naturlige atmosfære ligeledes er en nødvendig ingrediens for aerosoldannelsen, imiteres i klimakammeret med en lampe som udsender ultra-violet lys. Dermed efterlignes de naturlige atmosfæriske processer som dannelse af svovlsyre som igen er en vigtig ingrediens i aerosolerne. Når elektronerne fra acceleratoren bestråler luftblandingen, sker der en forøget produktion af aerosoler som fungerer som kim for produktion af skydråber. I tidligere eksperimenter – med navnet SKY – udført ved DTU Space i København er den kosmiske stråling blevet simuleret med gammastråling, og her så forskerne at også gammastrålerne kunne danne aerosoler. Men det nye eksperiment med de energirige elektroner fra acceleratoren ASTRID minder meget mere om de kosmiske stråler der forekommer i naturen.

Konkurrenter i hælene

En stor international forskergruppe ved Det europæiske partikelforskningscenter, CERN, ved Geneve i Schweiz har i flere år arbejdet på at påvise den sammenhæng som de danske forskere har fundet, og gruppen har annonceret at de også er på vej med de første omfattende resultater. I sammenligning med CERN-projektet arbejder de danske forskere på et uhyre beskedent budget, men når det drejer sig om at producere partikler der ligner de kosmiske, er faciliteterne på Aarhus Universitet fuldt på højde med de mest avancerede i verden.

Lektor Ulrik Ingerslev Uggerhøj uddyber i videointerview

Yderligere information

• Se også omtale i Physics World den 13. maj 2011 i anledning af offentliggørelsen af forskeres artikel i ’Geophysical Research Letters’ den 12.maj 2011
• Læs selve artiklen i tidsskrift ’Geophysical Research Letters’ (Kræver særlig abonnement at læse hele artiklen, men abstract og figur er offentligt tilgængelige).

Kontaktinfo på forskerne:

• Seniorforsker, Jens Olaf Pepke Pedersen, DTU Space, e-mail: jopp@space.dtu.dk, telefon;  35325723, mobil: 28918774
• Forsker Martin Bødker Enghoff, DTU Space, e-mail: enghoff@space.dtu.dk, telefon; 35325704, mobil: 26427848
• Lektor Ulrik Ingerslev Uggerhøj, Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet, e-mail: ulrik@phys.au.dk, telefon; kontor: 8942 3738, mobil: 2338 2373