Здійснено прорив у розумінні того, як космічні промені від Наднових можуть впливати на хмарний покрив Землі, а, отже, на клімат. Нове дослідження розкрило механізм впливу атмосферних іонів, утворених під дією високоенергетичних космічних променів, на утворення і зростання ядер конденсації — зародків, потрібних для формування хмар в атмосфері.

Зміна іонізації в атмосфері спричиняє зміну кількість ядер конденсації хмар, що впливають на їх властивості. Що більше ядер конденсації, то більше хмар і холодніший клімат, і навпаки. Оскільки хмари — суттєвий чинник, що впливає на кількість сонячної енергії, яка досягає поверхні Землі, то розуміння механізму їх формування може допомогти з’ясувати, чому клімат був мінливий в минулому, а також майбутні кліматичні зміни.

Космічні промені, взаємодіючи з атмосферою Землі, спричиняють утворення іонів, що допомагає перетворити невеликі аерозолі в ядра конденсації — зародки, на яких виникають краплі рідкої води, щоб сформувати хмари. Протон з енергією 100 ГеВ взаємодіє з частинкою верхньої атмосфери — це спричиняє каскад вторинних частинок, які іонізують молекули під час руху крізь повітря. Фото з сайту www.sciencedaily.com.

Ядра конденсації хмар можуть утворюватися внаслідок формування і зростання малих молекулярних скупчень (кластерів), які називають аерозолями. Дотепер існувало припущення, що додаткові невеликі аерозолі не будуть формуватися і перетворюватися на ядра конденсації хмар, бо для цього не було ніякого механізму. Нові теоретичні та експериментальні результати показують, як взаємодія між іонами та аерозолями може прискорити їх зростання, додаючи матеріал до малих аерозолів, а, отже, допомагаючи їм вижити, щоб стати ядрами конденсації хмар. Це дає фізичну основу для великого обсягу емпіричних даних, що вказують на певну роль у змінах клімату Землі сонячної активності. Наприклад, Середньовічний теплий період близько 1000 р. н.е. і Малій льодовиковий період 1300—1900 рр. н. е. корелюють зі зміною сонячної активності.

«Нарешті, у нас є остання частина головоломки, що пояснює, як частинки з космосу впливають на клімат Землі, і дає розуміння, як зміни, спричинені сонячною активністю або активністю Наднової, можуть змінити клімат», — зауважив Генрік Свенсмарк (Henrik Svensmark) з Технічного університету Данії, провідний автор дослідження.

Основна нова ідея дослідження — врахувати внесок у зростання аерозолів масою іонів. Хоча іони не є найчислельнішою складовою атмосфери, електромагнітна взаємодія між ними та аерозолями робить їх злиття суттєво імовірнішим. Навіть за низьких рівнів іонізації близько 5% швидкості росту аерозолів обумовлена іонами. У випадку сусідньої Наднової ефект може становити понад 50% від темпу зростання, що матиме вплив на хмари та температуру Землі.

Для підтвердження ідеї, науковці спершу теоретично описали взаємодію між іонами та аерозолями, а також встановили швидкість росту аерозолів. Потім виконали експерименти у великій камері хмар. Через експериментальні обмеження, зумовлені наявністю стінок камери, досліди повторювали до 100 разів, щоб отримати якісний сигнал. Загалом було використано дані з 3100-годинної вибірки, яку отримали протягом 2 років. Результати експериментів узгоджуються з теоретичними прогнозами.

Якщо коротко, то:

• Космічні промені, частинки високої енергії, що надходять від спалахів наднових зір, вибивають електрони з молекул повітря. Це створює іони, тобто позитивні та негативні молекули в атмосфері.
• Іони допомагають аерозолі — скупченням переважно сірчаної кислоти та молекул води — формуватися й утримуватися від випаровування. Цей процес називається нуклеацією. Маленькі аерозолі мають зрости майже в мільйон разів, щоб впливати на хмари.
• Друга роль іонів полягає в тому, що вони прискорюють ріст малих аерозолів до ядер конденсації — зародків, на яких утворюються каплі рідкої води, щоб сформувати хмари. Що більше іонів, то більше аерозолів стають ядрами конденсації. Саме це друга властивість іонів — це новий результат, опублікований в журналі Nature Communications.
• Низькі хмари, утворені з краплин рідкої води, охолоджують земну поверхню.
• Варіації активності Сонця змінюють приплив космічних променів до Землі.
• Коли Сонце спокійне, космічних променів більше і багато низьких хмар, а земля холодніша.
• Коли Сонце активне, Землі досягає менше космічних променів, менша кількість хмар, земля нагрівається.

Результати дослідження показують, що цим механізмом можна пояснити:

• Кліматичні зміни, які спостерігалися протягом ХХ століття.
• Процеси охолодження та потепління близько 2 °С, які неодноразово траплялися протягом останніх 10 000 років, коли змінювалася активність Сонця та приплив космічних променів.
• Набагато більші варіації температури, що досягають 10 ° С, коли Сонце і Земля проходять через райони Галактики з різною кількістю наднових зір.

За інф. з сайту www.sciencedaily.com