Kosmisk stråling sætter gang i skydannelse
Fysikere fra Aarhus Universitet og DTU Space har netop påvist, at kosmisk stråling kan skabe små partikler – såkaldte aerosoler – i atmosfæren, der er kimen for skydannelse. Eksperimentet bekræfter teorien om, at der er en forbindelse mellem Solens magnetiske aktivitet og Jordens klima.

Ny dansk forskning beviser, at der er en forbindelse mellem Solens magnetiske aktivitet og Jordens klima. (Foto: Colourbox)

Ny dansk forskning beviser, at der er en forbindelse mellem Solens magnetiske aktivitet og Jordens klima. (Foto: Colourbox)

Jordens klima bliver varmere, og klimaforskere forsøger ihærdigt at blive klogere på, hvad det er for processer, der drejer på klodens termostat.

Én af forskerne er professor Henrik Svensmark fra DTU Space, der har sat sig for at kaste lys over de lavtliggende skyers rolle.

At lavtliggende skyer har en indvirkning på klimaet, har længe været kendt.

Den slags skyer reflekterer nemlig Solens stråler tilbage til verdensrummet, så jo flere lavtliggende skyer der er, des køligere bliver det på Jorden.

En forudsætning for, at der kan opstå lavtliggende skyer, er, at der findes bittesmå partikler i luften, såkaldte aerosoler, og i 1996 fremsatte Henrik Svensmark og hans kollega Eigil Friis-Christensen den hypotese, at dannelsen af aerosolerne i Jordens atmosfære hjælpes på vej af kosmisk stråling, der strømmer ind i solsystemet fra verdensrummet.

Intensiteten af den kosmiske stråling, altså hvor meget kosmisk stråling, der får lov til at ramme Jordens atmosfære, bestemmes af solaktiviteten, som både varierer over en periode på 11 år og på længere sigt. Udsving i solaktiviteten vil altså smitte af på Jordens klima.

Kosmisk stråling skaber aerosoler

Denne hypotese har mange led, som Henrik Svensmark og hans kolleger i årevis har forsøgt at bekræfte gennem en række eksperimenter i et laboratorium.

Én af de ting, som forskerne har kæmpet for at dokumentere, er, at den kosmiske stråling skaber de små svævende aerosoler.

Fakta

Aerosolerne består med sikkerhed af svovlsyre og vand, og meget tyder på, at de også indeholder andre ting, som f.eks. ammoniak og aminer.

Det er nu lykkedes i et helt nyt eksperiment, som er gennemført i tæt samarbejde mellem fysikere fra Aarhus Universitet og DTU Space.  

Resultaterne er netop publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Geophysical Research Letters.

»Det er for første gang lykkedes os direkte at observere, at de elektrisk ladede partikler, som kommer fra verdensrummet og rammer atmosfæren med høj fart, kan ionisere luften og sætte gang i dannelsen af de aerosoler, som siden hen fører til dannelsen af skyer,« siger fysiker Martin Bødker Enghoff fra DTU Space, der har været med til at lave eksperimenterne.

Studerede kunstig atmosfære i klimakammer

For at dokumentere, at den kosmiske stråling kan sætte gang i dannelsen af aerosoler, fremstillede forskerne en kunstig atmosfære i et ’klimakammer’ på Aarhus Universitet.

Den kunstige atmosfære har en sammensætning, et tryk og en temperatur, der minder meget om den, som findes i den højde, hvori de lavtliggende skyer dannes.

Den kosmiske stråling er ikke sådan at flytte rundt på, så for at simulere den i kammeret, fremstillede forskerne ved hjælp af partikelaccelleratoren ASTRID en strøm af hurtige eleketroner, der i høj grad har samme opførsel som den kosmiske stråling.

Forskerne sammenholdt nu klimakammerets tilstand før og efter bestrålingen med elektronerne og kunne konstatere, at mængden af aerosoler steg i takt med mængden af den kosmiske stråling.

Effektens størrelse endnu ukendt

Det, som skydannelsen først og fremmest er afhængig af, er aerosolerne, fortæller Martin Bødker Enghoff.

Fakta

Aerosoler bliver dannet i luften af molekyler, der klumper sammen i små klynger. Når molekylerne bliver ioniseret, så har de lettere ved at klumpe sammen og danne aerosoler.

Så snart de er skabt, vil de i løbet af et par dage vokse til egentlige skykim i atmosfæren, som vanddamp vil fortætte sig på. På den måde opstår der de små dråber vand, der udgør skyerne.

»Vores studier i klimakammeret dokumenterer, at den kosmiske stråling rent faktisk kan hjælpe med at danne aerosolerne,« siger forsker Martin Bødker Enghoff, der dog også erkender, at han og hans kolleger stadig mangler en række vigtige skridt for at komme helt i mål.

Foreløbig har forskerne vist, at den kosmiske stråling kan danne aerosoler – næste skridt er at få styr på, hvordan aerosolerne vokser op og danner skydråber.

Dette manglende led er afgørende for at få Henrik Svensmarks teori helt verificeret.

»Vi har eksperimenter, der bekræfter processerne på den lille skala og observationer, der undbygger teorien på den store skala, men vi mangler stadig det afgørende led, der binder de to ting sammen,« siger  Martin Bødker Enghoff.

Hvis det lykkes forskerne at underbygge alle led i hypotesen, vil forskerne kaste sig ud i at forsøge at besvare det ultimative spørgsmål: hvor stor effekten er i forhold til især kuldioxid.

»Kritikerne vil med rette sige, at vi ikke dokumenterer, hvor stor effekten er, altså i hvor høj grad den kosmiske stråling styrer klimaet i forhold til andre påvirkninger, som f.eks. kuldioxid, men det er noget vi vil undersøge, så snart vi har teoriens grundled på plads,« siger han. 

Lektor Peter Ditlevsen fra Center for Is og Klima på Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet hilser de nye resultater velkomne.

»Dette er et interessant resultat. Det er første skridt til at at vise og forstå de mikrofysiske mekanismer, der eventuelt kan etablere en forbindelse imellem variationer i kosmisk stråling og skydannelse. Uanset om det så viser sig at denne sammenhæng har væsentlig betydning for klimavariationer, kan det bidrage til vores fundamentale forståelse af den fysik og kemi, der styrer dannelse af nukleationeskernerne for skydråber,« siger han.

Fakta om eksperimentet

Et kammer indeholdende luft med nøje afstemte mængder af svovldioxid, ozon og vanddamp bestråles med elektroner. Solens ultraviolette lys, der i den naturlige atmosfære også er en nødvendig ingrediens for aerosoldannelsen, sendes ind gennem klimakammeret med en lampe.

Den opsætning efterligner 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.

En forståelse af hvordan kosmiske partikler – som består af elektroner, protoner og andre ladede partikler - påvirker dannelsen af skyer og dermed deres antal, kan få stor betydning for de klimamodeller, som bl.a. bruges til at forudsige klimaets opførsel de kommende årtier.

En stor international forskergruppe ved Det europæiske partikelforskningscenter CERN ved Genéve 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

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.