Solen och kosmisk strålning

Vi som lever idag tycks ha haft en fantastisk tur. Inte bara kan vi skörda frukterna av en fantastisk teknisk utveckling som gett oss en levnadsstandard som gamla tiders furstar skulle ha avundats oss - vi råkar också leva vid en tidpunkt  när jordens klimat är det absolut bästa tänkbara - åtminstone förefaller detta vara utgångspunkten för dagens klimatdebatt.

Som de flesta vet så har jordens klimat alltid varierat. Det har varit betydligt varmare än idag och under den senaste årmiljonen så har normaltillståndet varit istider, varmed menas att stora  delar av Europa, Asien och Nordamerika legat under kilometertjocka istäcken. Vad som orsakat dessa variationer vet man inte så mycket om. Det finns teorier varav en relativt populär teori är den som framlades av den serbiske matematikern Milutin Milankovi? under första halvan av 1900-talet och som kopplar samman klimatvariationerna med förändringar av jordens omloppsbana runt solen. Denna omloppsbana varierar i tre avseenden, dels gäller det banans excentricitet, dels jordaxelns lutning och dels dess riktning.

Excentriciteten varierar mellan nästan 0 och ungefär 0,05, och den är för närvarande ungefär 0,017. När Kepler i början av 1600-talet studerade solsystemet så upptäckte han som bekant att jordens omloppsbana runt solen är en ellips. Detta är välkänt men  något som inte är lika väl känt är att han först trodde att den var en perfekt cirkel, men att solen inte låg i  centrum. Detta innebär att den vanliga beskrivningen av excentriciteten som beroende av förhållandet mellan ellipsens två axlar säger ganska lite om vad den innebär. Om man däremot vet att excentriciteten helt är avståndet mellan ellipsens brännpunkter och dess medelpunkt, så kan man inse att

(1+e)/(1-e) är förhållandet mellan avståndet till solen när jorden är som längst bort och avståndet när den är som närmast. Eftersom solstrålningen avtar med kvadraten på avståndet så innebär detta att den strålning som når jorden i början av juli, när solen är som längst ifrån solen är nästan 7 % svagare än den som kommer i början av januari. Det bör dock nämnas att denna skillnad i styrka, som innebär att södra halvklotet får mer solstrålning än  det norra delvis kompenseras av att sommarhalvåret är 6 dagar öängre än vinterhalvåret. Excentriciteten varierar med en period av 90 000 till 100 000 år.

Även jordaxelns lutning varierar mellan ungefär 22° och ungefär 24,5°, och är för närvarande ungefär 23,5°. Det är jordaxelns lutning som bestämmer årstiderna och det innebär att en starkare lutning ger starkare skillnader mellan årstiderna. Lutningen varierar med en period av ungefär 41 000 år.

Slutligen varierar även jordaxelns riktning i förhållande till stjärnorna, något som så småningom kommer att göra polstjärnan mindre intressant än vad den är idag. Denna varierar med en period av ungefär 23 000 år.

Även om Milankovi? teorier inte är oomstridda så är de den idag populäraste teorin för att förklara framför allt den senaste årmiljonens växlingar mellan istider, s.k. glacialer, och de mellanperioder som då kallas interglacialer.

Den senaste istiden tog som bekant slut för ungefär 12 000 år  sedan. Denna, den nuvarande interglacialen har varit en omvälvande tid i jordens historia, i det att en enda art kommit att dominera livet på jorden på ett sätt som förmodligen saknar motstycke i jordens tidigare historia. Den avgörande förändringen var den neolitiska revolutionen för ungeefär 8 000 år sedan. Den neolitiska perioden, eller den yngre stenåldern som vi säger i Sverige innebar framför allt uppkomsten av jordbruket och den möjlighet till försörjning av fler människor som den innebar. Den ledde också till fasta boplatser och uppkomsten av hantverksyrken. Med denna specialisering följde så en teknisk revolution med lerkärl och metallhantering som i sin tur möjliggjorde uppfinningar som hjulet och skrivkonsten. Det bör kanske påpekas att denna period också var den hittills varmaste under denna interglacial. Det var också en tid när stora  delar av Sahara och andra områden i världen som idag är öken var betydligt grönare än idag.

Under de årtusenden som följt har varmare och kallare perioder  avlöst varandra. Det var varmt för 4000 år  sedan, sedan blev det kallare innan det blev varmt igen och så kallare och åter varmare. En viktig värmeperiod var tiden mellan c:a  850 och c:a 1250, den  tid när vikingarna koloniserade både Grönland och Vinland. Sedan blev det långsamt kallare och tiden mellan 1350 och 1850 brukar kallas “lilla istiden”. Vad som orsakade dessa kllimatvariationer vet man inte, men man vet att de till stor del sammanföll med variationer av solens aktivitet. Det är visserligen visat att energiutstrålningen ifrån solen varierar mycket litet, men däremot har solens magnetiska aktivitet haft stora variationer även under tidsskalor av decennier och sekel.

Ett sätt att observera solens aktivitet är att “räkna solfläckar”. Dessa upptäcktes 1609 av Galileo när han riktade sitt teleskop mot himlen. Det visade sig dock snart att solfläckarna under  de kommande decennierna blev allt färre och mellan 1645 och 1715 fanns det nästan inga solfläckar alls. Detta var också den kallaste delen av den lilla istiden.

Under de 12 000 år  som gått sedan den senaste istiden har också antalet människor på jorden ökat ifrån några hundra tusen till idag nästan 7 miljarder. Mycket av dagens klimatdebatt gäller frågan om vi människor på något sätt påverkat jordens klimat, och det är ett obestridligt faktum att våra aktiviteter på många ställen starkt påverkat det lokala klimatet - speciellt genom att stora skogar försvunnit och övergått till odlade fält, savanner eller t.o.m till öknar. Dagens klimatdebatt handlar dock inte om detta, utan det som idag är huvudfrågan är huruvida den ökning av koldioxiden i atmosfären som allmänt tros bero på vår förbränning av fossilt kol bidragit till en allmän uppvärmning av jorden.

Det är många som tror att så är fallet och den av FN:s miljöorganisation UNEP tillsatta expertpanel IPCC har i 30 år försökt att bevisa detta. Hittills har man  dock inte lyckats även om IPCC i sin senaste rapport ARP4 angett att det är mycket sannolikt. Det som kan sägas om koldioxidens eventuella klimatpåverkan är att visserligen vet man inte om den finns, men däremot är  det så att om  den finns så vet man hur den verkar.

När det gäller solens klimatpåverkan så vet man heller ingenting säkert och det är också så att trots att det finns starka statistiska samband mellan solaktivitet och klimat så vet man inte hur den i så fall påverkar klimatet. En teori som framförts av den danske solforskaren och astronomen Henrik Svensmark är att när solen är aktiv så är det som kallas solvinden stark och denna skyddar solsystemet generellt och jorden speciellt mot den kosmiska strålning som når oss ifrån den yttre rymden. När solens aktivitet är låg så ökar mängden kosmisk strålning som når jordatmosfären. Där har den en joniserande effekt och de joner som så skapas fungerar som kondensationskärnor för molnbildning. Enligt Svensmarks teori blir det därför mera moln på himlen när solaktiviteten är låg. Detta leder i sin tur till att mer av den solstrålning som når atmosfären reflekteras bort utan att värma jorden. Huruvida Svensmarks teori är korrekt är omtivstat, men det man vet är att en förändring, ökning eller minskning, av molnigheten med 3% skulle ha en större effekt på klimatet än vad den ökning av mängden koldioxid i atmosfären som förekommit under det senaste århundradet ens teoretiskt kan åstadkomma. Det finns dock vissa tecken som antyder att Svensmark kan ha rätt, även om det också finns andra tecken som talar emot teorin.

En effekt av kosmisk strålning är att kväveatomer i atmosfären omvandlas till kolatomer med atomvikten 14, det vi kallar C¹⁴ och det är visat att under perioder av låg solaktivitet så ökar uppkomsten av C¹⁴.

En anledning till den aktuella klimatdebatten är att jorden faktiskt har blivit varmare under de senaste 200 åren, varvid uppvärmningen anses ha varit ovanligt snabb under de sista 30 åren av 1900-talet. IPCC anser att denna uppvärmning med stor sannolikhet till stor del beror av ökningen av mängden koldioxid (och även andra s.k. växthusgaser) i atmosfären. De som ifrågasätter koldioxidhypotesen brukar bl.a. framhålla att under den andra halvan av 1900-talet så var solaktiviteten högre än vad som kunnat observeras sedan solfläckarna upptäcktes för 400 år sedan.

Det som idag oroar både sol- och klimatforskare är att solaktiviteten sedan ett par år nästan helt har upphört. De som tror att sambandet mellan solaktivitet och kllimat inte bara är statistiskt utan att det faktiskt också finns ett orsakssamband fruktar nu att det som närmast väntar oss inte är en fortsatt uppvärmning utan en mer eller mindre kraftig avkylning. Det som i så fall kan vänta oss är missväxt i tempererade klimatzoner som Sverige och Kanada och därmed matbrist och svält, något som i så fall skulle drabba jordens fattiga hårt.