Variabilidade solar e mudança climática

O objetivo deste artigo é dar alguns detalhes sobre a investigação em estudar a relação controversa entre o sol, sobre a energia em saída da terra,  temperaturas, em suma, a conexão de sol-clima. Apesar do que você pode ter ouvido antes sobre estudos de sol-clima, existem de facto demonstráveis conexões entre nosso sol alterando saídas de energia e terra,  clima. Este artigo irá utilizar as melhores informações disponíveis atualmente para explicar o que sabemos  e  sobre muitos aspectos da conexão sol-clima.

Minha apresentação consiste em três partes.

  1. A primeira parte é uma breve introdução sobre os aspectos físicos do sol, que normalmente variam ao longo do tempo.
  2. A segunda parte aborda o efeito direto do sol e a  variável energia radiante sobre as mudanças na terra,  temperatura da superfície  ao longo dos últimos 100 anos ou mais.
  3. A terceira parte dá uma ilustração de como muda o vento solar (ou seja, o fluxo de partículas carregadas – prótons e elétrons – do sol) e raios cósmicos (as mais rápidas e mais enérgicas partículas carregadas de fora do sistema solar), podem afetar variáveis como temperatura e nuvens na troposfera (o mais baixo de 10 km de terra na atmosfera).

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Figura 1

Aqui está uma vista da superficie  do sol. . Mais perceptível  aqui são as áreas escuras. Estas são regiões de manchas solares, campos de intenso magnetismo de 1000 a 10000 vezes tão forte como a da terra. A seta amarela dá a escala desta foto de satélite. 31000 habitantes é cerca de 2,5 vezes diâmetro da terra, assim você pode ver que as manchas solares são bastante grandes.

Também perceptível em segundo plano é a brilhante regiõe chamada faculae, que significa “pequenas tochas” em latim. Faculae também são campos magnéticos, mas sua força de campo é significativamente mais fraca do que o das manchas solares. Por razões de simplicidade aqui, podemos considerar faculae pontos tão brilhantes. Voltaremos para o papel das faculae em um minuto.

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Figura 2

Aqui é o que acontece quando uma grande mancha solar ou grupo de manchas solares gira o meridiano central que enfrenta a terra. Determinamos que o total de saída de energia da luz do sol   cai significativamente, mas continua a ser a questão-chave: este efeito de bloqueio da luz das manchas solares, que é causado pela rotação de 27 dias de sol, também afeta as alterações na saída de energia solar?

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Figura 3

Aprendemos alguns factos novos surpreendentes na década de 1980. Mostrado aqui é a energia total solar medida por satélites  com instrumentos diferentes.

Em primeiro lugar, esses números mostram um efeito que contraria a intuição. Observar o período entre 1980 e 1990: Este é um período  que é chamado de “maxima  atividade solar,” quando há manchas solares mais do que o habitual. Lembre-se também de que manchas solares ocorrem em ciclos de 11 anos bem documentados. Mas neste gráfico, vemos que durante a  maxima  atividade solar, ou seja, com manchas solares mais bloquear a luz do sol, o sol é realmente mais brilhante ao invés de diminuir! Isso é porque eu disse que isso observado de facto é contra-intuitivo, uma vez que as implicações do gráfico anterior [Figura 2] não se aplicam aqui. Aparentemente, quando a atividade magnetica do sol é alta, a área coberta pelo campo magnético  aumenta a quantitafe de faculae ainda mais do que a área escura manchada. Assim, o efeito netto é que a saída total de luz do sol tende a ser superiores durante a maxima atividade e inferior durante a fase de  minima  atividade solar.

Este gráfico torna claro outro fato: apesar de nossos melhores esforços, não podemos medir a energia da luz solar total precisamente – o intervalo do desconhecido é algo como de 7 a 10 W/m2. Existem implicações importantes para a detecção de sinal em terra para o  clima (como determinar o nível de impacto de CO2 decorrentes da atividade humana), mas que está além do escopo de minha discussão aqui.

A terceira coisa a se notar neste gráfico é que nós temos apenas cerca de vinte anos de dados. Isso pode ou não ser suficiente para dizer qualquer coisa útil sobre variações de mais longo prazo, tais como alterações ao longo dos últimos cem anos. Sublinho isto porque nosso conhecimento atual da física solar não permitiu de  desenvolver teorias adequadas ou empíricas regras para nos dizer muito mais. Portanto, poderiam usar alguma ajuda de outras fontes.

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Figura 4

Este gráfico demonstra uma das maneiras mais promissoras e práticas de obter informações sobre mudanças de longo prazo no sol. A energia luminosa total. O princípio é simple: o nosso sol é uma das muitas estrelas chamadas de “reduzir a sequência principal”. Observando cuidadosamente e pacientemente um grupo de estrelas com propriedades físicas similares ao sol, podemos ser capaz de deduzir alguns comportamentos susceptíveis de nosso sol, baseado em probabilidades estatísticas e guiar-se, naturalmente, pelos nosso entendimento da física.

Mostradas aqui são os frutos de cerca de trinta anos de esforço dedicado ao Mount Wilson Observatory (liderada pelo astronomo Sallie Baliunas): Este é o projecto é chamado de Hong Kong, em homenagem as linhas de dois espectros específicas de cálcio ionizado que permitem-nos para obtenção de informação sobre variações magnéticas. Neste gráfico,  temos uma  função da variação na atividade magnética de doze estrelas do tipo solar, incluindo o sol. Na verdade, nós observamos que as estrelas do tipo solar exibem um intervalo de variabilidade magnética semelhante ao que nosso sol mostra (através de registros de manchas solares) nos últimos 350 anos. Os comportamentos incluem mudanças cíclicas, tais como o nosso sol está atualmente exibindo e o simples ou não-variadas durante o minimo de Maunder como atividade a final do século XVII. (Período de mínimo de Maunder é um tempo quando quase todas as manchas desaparecem da superfície do sol. O mais conhecido Maunder mínimo período durou de cerca de 1645 a 1715. Isto é bastante distinto dos tempos de mínimos normais de atividade solar, onde as manchas desaparecem apenas por alguns meses.)

Através da colaboração com vários astrônomos,  fomos capazes de coletar informações suficientes sobre a variabilidade de luz total e magnética do sol-como estrelas para nos dizer algo sobre o que poderia ter acontecido em nosso próprio Sol. Nós viemos acima com números no intervalo de mudança de 0,2% para 0,7% na saída de luz solar para o tipo de variação podem ocorrer durante um período mínimo de Maunder e durante o século XX.

O intervalo de incerteza dos  resultados de estrelas do tipo solar também é grande, mas vamos pressupõem uma mudança média de 0,4 a 0,5% no brilho do sol ao longo dos últimos 100 anos em um modelo climático para ver o que acontece.

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Figura 5

Aqui estão os resultados. Neste experimento de modelo, podemos ter considerado as variações dos factores de produção de energia do sol e os gases com efeito de estufa criados pela actividade humana. A correlação  melhor possível de 92% para as leituras de temperatura da superfície em todo o mundo conhecido (considerando apenas esses dois parâmetros) é notável. Claro, aqui estamos estudando a resposta mais lenta do sistema climático para as mudanças causadas pelos gases de estufa provocadas pelo homem e luz do sol em escalas de tempo de décadas a séculos, razão pela qual você não ver os solavancos e wiggles de alterações interanual. Nós devem voltar a este ponto mais tarde.

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Figura 6

Como para a separação entre a energia solar imput e gases de efeito estufa, aqui é o que temos: quase metade da variância explicada vem do sol, enquanto gases de efeito estufa contribuem o restante.

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Figura 7

Há muito tempo que se compreendeu que a saída de energia da luz não é o único aspecto do sol que muda. Vamos agora examine o sol por meio de raios-x para ilustrar o recurso mais dramático da corona, a camada exterior de um – para dois – milhões de grau da atmosfera solar. A característica particular enfatizada nesta foto é o buraco coronal, que é simplesmente uma região das linhas de campo magnético aberto (linhas de força) que o projeto do sol fora do sistema solar. Manchas solares, por outro lado, são regiões de campo magnético fechado.

Grande parte deste gás quente pode escapar ao sistema solar através dos orifícios coronais com suas linhas de campo magnético abertas e este material gasoso realmente atinge a terra. Em contraste, os gases perto de manchas solares estão confinados dentro do sol-se pelas linhas de campo magnético fechado.

Gostaria de salientar que o tamanho do buraco coronal e o número de manchas solares está inversamente relacionado. Isto significa que quando a atividade magnética solar é no máximo, há mais manchas solares, como mencionado antes, mas a área do buraco coronal torna-se menor. Em tempos de minima de atividade, buracos coronais tendem a ser maiores, enquanto há menos manchas solares na superfície do sol. Ainda os cientistas tentam explicar plenamente esse fato empírico, mas aparentemente as estruturas abertas do campo magnético (representadas por buracos coronais) e as estruturas de campo magnético fechado (representadas por manchas solares) tendem a aglomerar-se entre si. Espero que esta explicação é suficiente para agora.

O fato mais importante a lembrar é que buraco coronal é o ponto de saída para o vento solar rápido, um caldo fluxo de partículas carregadas que flui em cerca de dois milhões km/h. Por outro lado, a velocidade normal do vento solar é cerca de um milhão de quilômetros por hora.

Para efeitos do presente artigo, também é importante observar que as mudanças na estrutura do campo magnético aberto do buraco coronal podem desviar ou reforçar alguns dos raios cósmicos provenientes do espaço profundo e, assim, controlar a quantidade de raios cósmicos que podem  introduzir-se na Terra.

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Figura 8

O que mais podemos dizer sobre o Sol? O buraco coronal .  Aqui, se mostra uma correlação entre o buraco coronal e a temperatura da terra mais interessante,  na troposfera inferior. Esses dados são tomados a partir dos registos de satélite conhecido de temperatura atmosférica construído pelos Drs. John Christy, da Universidade de Alabama e Roy Spencer da NASA-Huntsville.

Notase que a escala de temperatura é invertida neste gráfico, até mais frio é mais quente e se é para baixo.  Observe também que a correlação neste gráfico é mais fraca desde 1999, mas como discutido abaixo, esta divergência pode presumir-se perto de maxima solar.

Existem 3 mais coisas a notar neste gráfico.

Primeiro, as instâncias óbvias de correlações fracas ou inexistentes: Aqui vemos mudanças devido ao Ni Elño em 1997-1998, Ni Lañum em 1988-1989 e erupção do Monte Pinatubo de Junho de 1991. Estas são conhecidas variações climáticas que podem ser facilmente explicadas por fatores internos do sistema climático. Assim nós pode ser aliviados que este estudo mostra que don alterações solar fazer com que todos os problemas climáticos na terra!

Em segundo lugar, note que pode haver dicas de simetria no calendário de correlações e não-correlações. Períodos de correlação pobre aparecem perto maxima solar, quando buracos coronais são menores e formado mais esporadicamente sobre a superfície solar; por este motivo,  esperaríamos seu efeito para ser menor. Períodos de boa correlação são encontrados ao redor minima de atividade. Estas são, de facto, as vezes quando vemos buracos coronais muito grandes e estáveis e que seria de esperar maior efeito desses buracos.

Em terceiro lugar, note que as correlações mostradas neste gráfico sugerem que a temperatura global de troposfera inferior fica mais fria durante a minima  atividade. Estes são tempos quando observamos mais partículas do vento solar rápido e especialmente mais raios cósmicos.

Como eu disse anteriormente, partículas carregadas dos raios cosmicos  viajam perto da velocidade da luz e assim eles são muito mais rápidos que partículas do vento solar. Também é importante observar que sua velocidade mais rápida permite aos raios cósmicos de penetrar muito mais profundo na atmosfera da terra. Na verdade, como esses raios cósmicos interagem com as moléculas na nossa atmosfera, eles criam significativa ionização do ar. Juntamente com fontes terrestres de radioactividade concentrada como radão, raios cósmicos são a principal causa da ionização na troposfera. Nós veremos que este facto às vezes negligenciado pode vir a ser bastante relevante para a discussão das alterações climáticas.

Esta pesquisa leva a mais duas perguntas:

1) Como explicar as correlações observadas?

2) É qualquer evidência adicional para suportar esta nova ideia que partículas carregadas cósmicas e solares influenciam o clima da terra?

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Figuras 9 e 10.

Devemos notar dois resultados negativos, em conformidade com a prática científica adequada. Neste gráfico, estamos procurando qualquer ligação entre raios cósmicos e outras variáveis climáticas importantes como nuvens.

A série de tempo de raios cósmicos (medida pelas contagens de nêutrons mostradas como uma linha sólida no gráfico) é plotada versus os melhores dados de tampa de nuvem gerada via satélite atualmente disponíveis (pontilhado curva). Nada de interessante acontece para as nuvens de alta altitude e nível médios.

Mas quando examinamos as nuvens de baixo níveis, encontramos outra surpresa. As baixo níveis nuvens parecem ser muito estreitamente com o fluxo de raios cósmicos. Mais raios cósmicos podem ser relacionadas com maior fluxo de radiações ionizantes para a baixa atmosfera, que em última análise, estimula a formação de nuvens baixas. (Os detalhes complicados são susceptíveis de ser descrita em termos de papel de ionização atmosférica em que afetam o crescimento e a produção de partículas de aerossóis). Sem entrar em detalhes, sabemos que nuvens baixas como nuvens stratus marine reflectem uma grande quantidade de radiação solar, sobrecarregar os efeitos de outros tipos de nuvem e assim arrefecer a baixa atmosfera.

Assim, mais entradas de partículas carregadas durante a minima  atividade solar é correlacionada com mais nuvens baixas e, portanto, um parente de resfriamento. Isso é consistente com o que nós vimos apenas.

A  verificação não só termina aqui. Podemos perguntar se existem quaisquer outras maneiras de testar se partículas carregadas energetic influenciam as variáveis atmosféricas inferiores. O Dr. Wes Lockwood do Observatório Lowell no Arizona. Dr. Lockwood tem sido paciente para gravar as alterações no brilho do planeta Netuno para quase vinte e cinco anos até agora. O mais interessante neste registo é a indicação clara de uma correlação entre as alterações no brilho de  Netunote e o número de manchas solares, que Dr. Lockwood m usado como um indicador de atividade para alterações em raios cósmicos. O brilho de  Netuno é causado principalmente por reflexo de suas nuvens de metano branco. Nos registros do Dr. Lockwood  podemos ver  uma modulação de raios cósmicos de albedo de nuvem de metano ou cobertura areal ou ambos. Isso é consistente com o que acabámos de ver sobre a terra? nuvens de água e gelo líquido.

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Figura 11

Mas claro, os céticos ainda podem opor que estas são apenas estatísticas. Neste caso, deixe-me ler você uma resposta sensata escrita há 25 anos por um investigador distinto solar-terrestrial relação:

“, Em seguida, seria justo que celebrar com Salomão que não há nenhuma coisa de nova sob o sol? Não inteiramente – para, embora em um sentido adicionais correlações podem acrescentar nada de novo, eles podem levar a um mecanismo aceitável para a necessária interação entre o sol e a baixa atmosfera da terra. Se apenas isso poderia ser definido, o campo inteiro controverso pode ser rapidamente traduzido para Reino de alta respeitabilidade.”

“A centenas de anos de controvérsia sobre manchas solares e Weather” r. j. Meadows, natureza (1975), Vol. 256, 97 p.

Resumindo  Espero que eu tenho mostrado que a busca para as ligações físicas das relações de sol-clima é muito em curso e vivo hoje. Apenas começamos a acumular dados suficientes sobre os mecanismos físicos das alterações climáticas para ser capaz de submetê-las a um adequado processo científico de formulação de hipóteses e, mais importante, a falsificação de hipótese.

A maioria das pesquisas que abordamos hoje é inferior a cinco anos de idade e algumas delas, como a seção em modulação de fluxo radiações ionizantes cosmic ray de nuvens baixas, é, de facto, trabalho em andamento. Temos sido muito sorte de beneficiar de avanços na capacidade observacional para estudar variáveis importantes no Sol e na saida de energia para a Terra e o sistema clima geral. Também gostaria de enfatizar o valor do estudo do sol-como estrela para  entender melhor a dinâmica do nosso próprio Sol e sistema solar.

È  cedo para descartar todas estas correlações estatísticas. A intenção é  definir e investigar relevantes ligações físicas entre sol e clima, como têm feito muitos  pesquisadores. Depois de mais de cem anos de controvérsia, estas correlações foram detectadas com muita freqüência e muito claramente ser meras coincidências. Nova análise destes dados deve nos ajudar a aprender alterações a energia radiante e partículas de nosso sol sobre terra. Esta pesquisa é especialmente importante se quisermos ter uma compreensão clara de como o clima se comporta em muitas escalas de tempo.

Mais importante de tudo, se queremos estabelecer uma hipótese científica de global warming respeitantes à actividade humana e política pública com base nisso, temos de acelerar nossa pesquisa sobre esta fonte das alterações climáticas naturais. E para estabelecer uma hipótese científica, temos de continuar a trabalhar tenazemente para investigar todos os possíveis mecanismos físicos que afetam a relação sol-clima e tentar governá-los fora. Esta declaração pode ser surpreendente, mas este é o procedimento científico necessário.

SAND-RIO

2 Comments

  1. Rosana
    Posted 17 maio 2011 at 7:40 PM | Permalink

    Sand,

    Então, pelo que compreendi, vivemos um momento histórico em que a pesquisa recente nos beneficia revelando dados que aniquilam mitos e controvérsias quanto ao clima. Disso dependerá as ações a serem efetivadas para a humanidade seguir seu curso, considerando as alterações climáticas naturais.

    Uma pergunta: Quando você afirma […]investigar todos os possíveis mecanismos físicos que afetam a relação sol-clima e ‘tentar governá-los fora'[…], pretende dizer que…

    Abs,
    Rosana

    • Posted 17 maio 2011 at 9:06 PM | Permalink

      Se Vç sabe que está chegando um periodo de mais frio (-1,7° C.é o calo das temperaturas mundias que se acha que seriam na Terra durante o terceiro ciclo de minimos solares 2025-2040) porqué a atividade solar, que afeta o clima, esfria a temperatura com implicanças principalmente na agricoltura e nas epidemias, Vç tem todo o tempo de criar mecanismos de defesa para evitar esses verdadeiros desastres. O clima quente ajuda a agricultura mundial mas o clima frio é muito mais “perigoso” para a humanidade come já aconteceu no periodo da pequena idade do gelo durante e depois do minimo de Maunder, e em menor medida o resfriamento global depois do minimo de Dalton e depois da erução do Pinatubo com aquele que foi dito o ano sem verão.

      Os bilhoes que estão gastando em pesquisas inuteis seria muito melhor se investidos em criar mecanismos de defesa para agricultura e para as doenças e para defnder-se do frio, esse é o governo do clima. pesquisar o SOL e governar as mudanças climaticas principalmente as mundanças que implicam um resfriamento climatico.


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