Klima. Danske forskeres hypotese om, at solens varierende aktivitet spiller en vigtig rolle for de globale klimaforandringer understøttes nu eksperimentelt. Partikelaccelerator-centret CERN vil udbygge forsøget.

Den kosmiske forbindelse

Af FREDE VESTERGAARD 

NR. 30, 28. juli - 3. august 2006 

DER HAR været hedebølge over Europa i de seneste uger. Og også over dele af USA, hvor der imidlertid andre steder har regnet usædvanligt meget. I Australien og i New Zealand på den sydlige halvkugle har det derimod været usædvanligt koldt for årstiden. I Sydney har man haft den koldeste juni i 24 år.
...
I medierne omtales hedebølgen undertiden som et tegn på den globale opvarmning.

...
Men der har i årtier været spekulationer om og tegn på, at solen og især dens varierende aktivitet er en medvirkende årsag til de stadige klimaændringer, som i fortiden har fundet sted over hundredtusinder, ja, millioner af år.

...
Yderligere har det i de senere år nærmest været kontroversielt at beskæftige sig med solen som en kilde til klimaændringer. Politisk er det vedtaget, at ændringerne er menneskeskabte.

...
De danske forskere Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen, der i disse dage for ti år siden på en videnskabelig konference i Birmingham lancerede en hypotese om, hvordan solen ad indirekte vej – frem for direkte – kunne påvirke klimaet, havde derfor i adskillige år ualmindeligt svært ved at få penge til en eksperimentel undersøgelse af deres hypotese. 

...
Et forsøgsapparatur med et såkaldt skykammer blev bygget op i kælderen under Rockefeller-komplekset i København, hvor Danmarks Rumcenter har til huse. Og på et internationalt seminar for nylig på Niels Bohr Instituttet om sammenhængen mellem kosmiske stråler, aerosoler, skyer og klimaet kunne forskerne bag eksperimentet, Henrik Svensmark, Jens Olaf Pepke Pedersen, Nigel Marsh, Martin Enghoff og Ulrik I. Uggerhøj, fortælle om forløbet af deres forsøg.

Resultatet betyder, at de danske forskeres kontroversielle hypotese om, at solen spiller en central rolle for de globale klimaændringer, har fået yderligere grund under fødderne. Den forventede mekanisme fungerer.

Årsagssammenhæng påvist

Det er et delelement af hypotesen, som nu er undersøgt eksperimentelt. 

»Det var allerede forstået og ubestridt, at der er en sammenhæng mellem mængden af energirige kosmiske partikler, der rammer jorden, og mængden af ioner i atmosfæren. Det, som forsøget i kælderen har vist, er, at ioner, som produceres af de kosmiske stråler, har betydning for dannelse af aerosoler i atmosfæren. Der skal være små aerosoler i atmosfæren, for at der kan dannes skyer. Eksperimentet har altså vist, at der er en mekanisme, der forbinder mængden af ioner med skydannelsen, men ikke hvor stor betydning mekanismen har,« siger Jens Olaf Pepke Pedersen.

Han fortsætter: »Problemet med hypotesen har været, at man nok kunne se en korrelation (dvs. sammenhæng) mellem den kosmiske stråling og skydannelsen, men dels kunne man kun gå cirka 25 år tilbage, fordi man ikke har gode satellitmålinger af det globale skydække længere tilbage i tiden, og dels er en korrelation ikke det samme som en årsagssammenhæng. Spørgsmålet var derfor, om korrelationen var tilfældig. Nu mener vi at have påvist en årsagssammenhæng,« siger han.

Andre videnskabsfolk har vist stigende interesse for sol-klima-teorien. Det store europæiske partikelfysik-center CERN i Genève har fundet hypotesen tilstrækkelig plausibel til, at programkomiteen har indstillet og generaldirektøren besluttet, at CERN skal gentage forsøget på et mere avanceret niveau ved hjælpe af partikel-acceleratoren. Og det betragter Henrik Svensmark som en blåstempling af det hidtidige arbejde med den kosmiske hypotese i København. Forskere fra 20 forskningsinstitutter i 9 forskellige lande er involveret i forsøget, der alt i alt er budgetteret til cirka 135 millioner kroner.

Hypotesen

Svensmarks hypotese, som Svensmark og Friis-Christensen lancerede på konferencen i Birmingham i 1996, var og er, at ændringer i solens aktivitet påvirker klimaet indirekte, ved at solens magnetiske felter og den såkaldte solvind i varierende grad skærmer jorden mod indkommende kosmiske partikler fra himmelrummet. Samt at mængden af denne kosmiske stråling påvirker omfanget af jordens skydække og dermed klimaet på jorden. 

Der er altså tale om en indirekte påvirkning fra solen, hvor den kosmiske stråling virker som forstærker for små ændringer i solens aktivitet.

Henrik Svensmark havde fundet ud af, at der over en 25 år lang periode var en overraskende korrelation mellem intensiteten af de kosmiske stråler og den brøkdel af jordkloden, der var dækket af skyer. Det var målinger fra satellitter, der gjorde disse beregninger mulige. De er senere understøttet af nye beregninger af Nigel Marsh og Henrik Svensmark.

Hvis hypotesen er rigtig, betyder det, at vi i dag ikke ved, om den temperaturstigning på omkring 0,6 grader, der er observeret igennem det sidste århundrede, er menneskeskabt ved afbrænding af kul, olie og gas, som det antages af FNs internationale klimapanel, eller om et væsentligt, måske endda dominerende bidrag kommer fra solen.

»Interessant er i denne forbindelse, at der er sket en jævn nedgang i den kosmiske stråling på ca. 15 procent i løbet af de sidste 100 år i takt med, at solens magnetiske feltstyrke er godt og vel fordoblet. Solens magnetfelt styrer omfanget af kosmisk stråling, der rammer jorden. Og når feltstyrken er fordoblet, betyder det et fald i mængden af kosmisk stråling, der rammer jorden. Det betyder videre, at der nu er færre lave skyer, end der må have været for 100 år siden. Og da de lave skyer virker afkølende, giver de gradvis færre skyer et bidrag til at forklare temperaturstigningen i de forløbne hundrede år,« fortæller Henrik Svensmark.

»FNs klimaforskere i IPCC har imidlertid kun inddraget de ret små ændringer i solens udstråling (irradians) i deres beregninger og finder på det grundlag kun en meget beskeden virkning af solen på klimaet, hvad der er meget forståeligt. Men de har hidtil ikke ønsket at inddrage solens indflydelse på skydannelsen. Deres kritik af tesen om en forbindelse mellem den kosmiske stråling og skydannelsen er gået på, at der har manglet en fysisk forklaring på processen. Derfor har det været så vigtigt for os at få undersøgt vores teori eksperimentelt, for den korrelation, vi havde fundet, var ikke ensbetydende med en årsagssammenhæng,« siger Henrik Svensmark.

I de senere år er der i udlandet kommet andre forskningsresultater, bl.a. klimahistoriske data, der også tyder på en forbindelse mellem solen og klimaet via den kosmiske strålings påvirkning af skydannelsen.

»Denne forskning sammenholdt med vores eksperimentelle resultater antyder, at solen også har haft stor betydning for klimaet i de sidste 100 år og også vil have det i fremtiden. Eftersom klimamodellerne overhovedet ikke inddrager solens indvirkning på jordens skydække, betyder det, at de hidtidige klimamodeller ikke kan bruges til at lave de forudsigelser, som de bruges til at lave. Det er problematisk, at man politisk har et videnskabeligt set ufuldstændigt grundlag for klimapolitikken,« mener Henrik Svensmark.

CERN

...
Partikel-fysiker Jasper Kirkby fra CERN fortæller i telefonen fra Genève, at CERN allerede for 7-8 år siden var langt fremme med planer om CLOUD-eksperimentet for at afprøve forbindelsen mellem de kosmiske stråler og skydannelsen, men det strandede på grund af store budgetmæssige problemer som følge af de store omkostninger ved at bygge LHC-acceleratoren. (Det bevirkede, at Svensmark besluttede at søge en mere simpel version af eksperimentet gennemført i København, red.).

I mellemtiden er der kommet flere forskningsresultater baseret på såkaldte paleoklimatiske data, dvs. data, der beskriver klimaet i fortiden, før industrialismen og mennesket influerede på de naturlige klimaændringer. Og disse data tyder på, at solen og de kosmiske stråler spiller en klar rolle for klimaændringer. Talrige studier viser, at den såkaldte lille istid, der ledsagede solens såkaldt Maunder minimum mellem 1645 og 1715, ikke bare kom til udtryk i Europa, hvor f.eks. Themsen og Storebælt frøs til is. Det var et globalt fænomen, fremhæver Kirkby, og studierne viser yderligere, at der en halv snes gange er forekommet tilsvarende kolde perioder inden for de sidste ca. 10.000 år, hvor temperaturen i Nordatlanten er gået op og ned cirka 2 graders celsius, hvad der i virkeligheden er enorme udsving. Det er der endnu ingen af klimamodellerne, der kan forklare, og før de kan det, er deres fremskrivninger af fremtidige klimaændringer højst usikre,« mener Jasper Kirkby.

Selv om mange af disse studier er baseret på korrelationer mellem fortidig kosmisk stråling – som kan aflæses af Beryllium-isotoper eller kulsstof-14 – og klimaregistre, er studierne så mange, og kvaliteten af korrelationerne så gode, at det næppe skyldes rene tilfældigheder.

...
I første omgang skal der gennemføres et prototypeforsøg baseret på udstyret fra København. Dette forsøg skal efter planen begynde i CERN i løbet af efteråret og vil også foregå i 2007.

...
Næste led i processen er at opbygge et mere avanceret skykammer end anvendt i prototypen, således at man kan ændre på temperatur og tryk og undersøge processer i alle lag af atmosfæren. Dermed kan man efterligne den virkelige atmosfære i f.eks. 10.000 meters højde såvel som nær jorden. Før det er bygget og udstyret med måleinstrumenter, er man efter tidsplanen fremme i slutningen af 2009. Denne del af projektet er dog ikke fuldt finansieret endnu. Der mangler cirka 2 millioner euro, som Jasper Kirkby håber at få fra EU.

De slags data, der så kommer ud af forsøget, har man aldrig haft før, siger Jaspar Kirkby. »De vil give en detaljeret forståelse af den mulige virkning af de kosmiske stråler på skydannelsen, og afkræfte eller bekræfte, om der er en væsentlig interaktion mellem de to. Hvis forsøget bekræfter en væsentlig forbindelse, vil det hurtigt ændre den hidtidige opfattelse af de kosmiske strålers rolle i skydannelsen og klimaet, eftersom nogle af de bedste atmosfærefysikere fra Europa og USA er med i projektet.«

På spørgsmålet om hvad forsøget betyder for den eksisterende debat om klimaproblematikken, siger Jasper Kirkby: »Er hypotesen om sol-kosmisk-stråling-skyer rigtig, betyder det, at klimamodellerne, der forsøger at fremskrive udviklingen i klimaet frem til år 2100, er ufuldstændige, fordi de ikke har solens og de kosmiske strålers påvirkning af skydannelsen. Skydannelsen vil foregå anderledes, end man hidtil har troet. Skyerne er i så fald ikke bare et resultat af klimaet – som antaget i klimamodellerne – men er med til at skabe klimaet. Det er måske ikke overraskende for atmosfærefysikere, eftersom det i det internationale klimapanel IPCCs seneste statusrapport fra 2001 hed, at »mekanismerne, der forstærker solens påvirkning af klimaet, ikke er velforstået.«

Denne usikkerhed har dog ikke forhindret, at mange arbejder med at lave klimafremskrivninger hundrede år frem. (Det gælder også forskere på DMI, red.). Men man kan ikke lave overbevisende projektioner af den fremtidige opvarmning som forårsaget af menneskeskabte drivhusgasser, før man har inddraget alle de naturlige klimatiske ændringer og forklaret ændringer igennem de sidste få tusind år, som er sammenlignelige med det sidste århundredes klimaændringer,« siger Jasper Kirkby.

Blanding af politik og videnskab

Han påpeger det problematiske i, at alt, der har med klimaændringer at gøre, har en enorm politisk opmærksomhed. 

»Det har været en øjenåbner for mig som partikelfysiker. I partikelfysikken er der praktisk talt intet pres for at finde partikel X eller sammenhæng Y, så vi er ikke vant til den form for eksternt pres. Men der er rigtig mange mennesker, der har en interesse i det klimamæssige. For mig at se er der kun én måde at løse det på, hvad enten folk håber og tror på det ene eller på det andet, og det er at foretage omhyggelige eksperimenter og målinger.

Det er en stor skam, at klimavidenskaben, efter min mening, ikke har fået lov at udvikle sig på normal vis. Det politiske miljø satte sig på den, før den var ordentlig udviklet. Så der har været en frygtelig blanding af politik og videnskab.

På et tidligt tidspunkt blev det besluttet, at det var menneskets CO2-udledning, der varmer klimaet, så når der kommer nye opdagelser – sådan som den mulige sammenhæng mellem den kosmiske stråling og skydannelsen – har reaktionen været en næsten uvidenskabelig modstand. Masser af gode videnskabsmænd synes at være kommet til den opfattelse, at det er menneskeskabt kuldioxid, der ændrer klimaet, og de synes at være blinde over for nye ideer. 

Men mere positivt: Jeg synes, at atmosfære-forskerne er meget mere åbne nu, end de var for få år siden, over for, at solen påvirker klimaet på en måde, som vi ikke forstår endnu, samt at de kosmiske stråler foreløbig er den mest sandsynlige forklaring på, hvordan det går til. Vi videnskabsmænd må finde ud af, hvordan Naturen fungerer, og ikke hvordan vi ønsker, at den skal fungere. Den simple kendsgerning er efter min mening, at klimavidenskaben stadig er langt fra at være velforstået.«