探索太阳在全球变暖时代的作用

有些怀疑论者提出了真正的罪魁祸首落后的温度是太阳能活动的增加。但各种数据和实验仍然不提供实质证据来反驳温室气体排放是地球升温的主要原因的科学共识。

任何怀疑太阳对气候产生深远影响的人都只是关注。仅仅是1月到7月的太阳角度的变化意味着在我居住的新泽西州的寒冷冬天和炎热的夏季之间的区别。如果地球在单独穿过空间的黑暗中,我们就不会开始留下气候;这个星球将被冷冻固体。一种方式,太阳是地球上大部分能量的最终来源。

作为这种案例,全球变暖是由温室气体引起的理念的批评,建议真正的罪魁祸首是一种不断变化的太阳。如果他们是对的,减少排放的喧嚣将是浪费时间和资源。虽然气候科学家非常肯定的问题真的是温室气体,但他们不能忽略替代解释。

科学家们看起来很难在阳光下在当前的气候变化中发挥作用。

可以肯定的是,温室气体的故事并非凭空而来。自19世纪以来,科学家们就有了确凿的实验室证据,证明像二氧化碳这样的气体会吸收热量。他们知道,几百万年前的气候变化与温室气体有关。他们知道,自工业革命开始以来,化石燃料燃烧产生的二氧化碳一直在大气中积累。他们目睹了气温上升,冰川融化,天气模式改变。他们不知道所有的细节,但故事情节连贯得非常好。

但仅仅因为一个科学的故事联系在一起并不意味着你没有错过什么。已故物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)曾经说过:“(科学)的第一原则是不要愚弄自己,而你是最容易被愚弄的人。”一个令人信服的推理,无论是科学理论的一部分,还是《法律与秩序》(Law & Order)中的一集,都能骗过你,让你忽视真正的恶棍。

因此,科学家们看起来很难在当前的气候变化发表中扮演阳光,以及一部分有多大。基本上有两种可能性。第一个也是最简单的是,太阳率最近一直比习惯为更好的能量。第二是,太阳以更微妙的方式滋补我们的气氛 - 一个更复杂的命题。

至于第一个观点,毫无疑问太阳确实会改变亮度。青年,例如,数十亿年前,太阳把能量只有70%,现在这只是由于温室气体认为当时笼罩地球,所有地球上的水没有把固体冰。

在过去的几十亿年里,太阳的变化并没有那么大,但它的能量输出却在缓慢地上升和下降。根据一项被广泛接受的计算,在20世纪我们看到的变暖现象中,可能有20%是由一颗明亮的太阳引起的。然而,这些变化大多发生在本世纪早期,那时温室气体水平还相对较低,太阳变化的影响相对较大。

自20世纪70年代以来,太阳亮度就没有上升的趋势。

Since the 1970s, satellites have been monitoring the Sun’s brightness — technically known as total solar irradiance, or TSI — and with unprecedented precision, using sensitive light detectors that can gaze at the Sun from high above the clouds, moisture, dust, and atmospheric turbulence that interfere with ground-based observations. Over that time, they’ve measured the Sun getting regularly brighter and dimmer as sunspots — essentially, magnetic storms — wax and wane on their normal 11-year cycle. (It’s brighter when there are more sunspots — a seeming paradox since sunspots are dark, but the rest of the surface brightens enough to make up for it.) The total change upward and downward is about a tenth of a percent — enough to change temperatures by a fraction of a degree either way. But overall, there’s been no upward trend over that time in TSI, even as temperatures on Earth have continued to climb.

所以太阳并没有造成全球变暖。然而,如果太阳黑子周期发生显著变化,太阳的亮度也会发生变化。一些太阳物理学家认为这可能正在发生。最近的太阳黑子极小期比平均时间更深(意味着更少的太阳黑子),持续时间更长,下一个太阳黑子极大期的形成过程也很缓慢。早在17世纪末18世纪初,太阳黑子处于低潮状态达80年之久,科学家称之为蒙德极小期。那里的气温也很低:太阳黑子活动的间歇期正好是小冰河期。所有这些都不支持太阳是全球变暖的主要原因的观点,但它引发了一些专家的猜测,包括在美国国家太阳天文台我们可能会经历一段时间的降温,至少在一段时间内可以抵消气温上升的影响。

然而,这个场景有两个问题。首先,早在蒙德极小期到来之前,小冰川期就已经开始了,所以太阳黑子可能只是这个故事的一部分。其次,根据该研究,无论如何,最小温度可能只会导致零点几度的降温宾夕法尼亚州立大学气候学家迈克尔·曼。除此之外,说莱昂Golub哈佛-史密森天体物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的一位太阳物理学家说:“在过去的三个太阳周期里,我一直听到类似的预言,但它们都是错误的。“我们现在确实更了解太阳了,”他继续说,“但我们认为我们过去了解它。我们在这方面的记录不是很好。

一些科学家发现了太阳黑子活动和低空云层形成之间的关联。

全球变暖的太阳能亮度解释的棺材中的最终钉子是近几十年来高层大气层实际上已经冷却。如果太阳升温,高层大气也会感受到;如果某些东西从逃逸中保持热量 - 例如温室气体 - 这将优先加热较低的气氛,这正是发生的事情。

但是太阳也会以一种更间接的方式影响地球。这是第二个可能的太阳-气候联系的基础,而且因为它比简单的亮度变化更微妙,所以很难被击落。当太阳黑子达到最大值时,太阳也会因强大的磁场而噼啪作响。磁场将额外的亚原子粒子发射到太空中,当它们到达地球时,我们的磁场也开始产生能量。这对电信来说是不利的,但它有助于阻止宇宙射线快速穿过银河系。

当太阳落下而地球的磁场放松回应时,更多的宇宙射线通过 - 并且根据Henrik Svensmark和他的同事丹麦国家空间研究所,这将空气分子转化为带电的离子,刺激低空云层的形成,云层往往反射阳光,使地球降温。相反,穿透地球磁场的宇宙射线减少,可能导致云层的形成减少,从而可能使地球变暖。

从理论上讲,这个想法一点也不稀奇,日内瓦附近的欧洲核研究组织的实验室实验表明,这是可以实现的。此外,Svensmark和几位合作者声称发现了太阳黑子周期和云层覆盖之间的关联——太阳静止时云更多,活跃时云更少。

科学家们必须抛弃他们所学到的一切,以便转向新的解释。

然而特里·斯隆阿诺德Wolfendale英国兰卡斯特大学(Lancaster University)和杜伦大学(Durham University)的物理学家分别观察了这些数据,它们之间确实存在关联,但云团的变化似乎比宇宙射线的变化要剧烈得多。直接联系似乎有点牵强,斯隆说。然后,科学家们研究了云的形成是否由核辐射引发,核辐射也能电离空气分子。但无论是切尔诺贝利事故期间的大规模辐射泄漏,还是露天核试验期间的辐射峰值,都没有造成任何额外的云层覆盖。1980年来自太阳的带电粒子爆炸也没有产生任何影响,那次爆炸威力巨大,把半个加拿大的电力都摧毁了。“当时有大量的空气电离,”斯隆说,但云量并没有增加。

更有问题的是,杜伦大学的斯隆、沃尔芬代尔和阿纳托利·埃莱金研究了冰芯中的放射性同位素,这些同位素是宇宙射线轰击的线索。如果宇宙射线是全球变暖的背后原因,那么除了太阳活动周期造成的起伏之外,应该还有一个长期的下降趋势。

可以肯定的是,从1900年左右开始出现了这样的下降趋势。但它在1950年停止了,那是在气温真正上升之前的几十年。

其他科学家们看不到云和宇宙射线的统计数据,而是在电离的空气如何导致云层的情况下 - 而且也可能是Svensmark理论的问题。离子确实吸收水分子,但并不清楚他们足够拉得足够大的水滴来制造云。但是,在公平的情况下说杰弗里皮尔斯他是加拿大新斯科舍省哈利法克斯达尔豪西大学的大气科学家,他说:“我觉得我没有资格说宇宙射线不能是作出贡献。”

即使是Svensmark在美国国家空间大学的合作者Martin Enghoff,也没有声称他们已经证明了宇宙射线和气候之间的联系。“有一个清晰的机制[通过宇宙射线可以触发云的形成],”他说,“但它是否强大到足以解释观测到的[云量和太阳活动之间的]相关性仍在调查中。”恩霍夫指出,一些研究表明,1950年后宇宙射线会增加,但即便如此,他还不准备将过去几十年观测到的变暖归咎于穿透地球磁场的宇宙射线减少。

然而,要想成为一个主要的参与者,太阳的变化理论不仅要比今天强大得多,同时温室气体的解释也要弱得多。这很难想象。证据有很多不同的来源——来自远古时代的空气样本,被困在远古的冰层中;对大气化学变化的现代测量,对近几十年来已被证实的变暖温度的预测;还有很多很多——科学家们不得不抛弃他们所了解的关于气候的几乎所有知识,以便转换到一个新的解释。

这不是不可能的,气候科学家必须——而且确实——时不时地后退一步,问问自己,就像理查德·费曼(Richard Feynman)那样,他们是不是在欺骗自己。但考虑到过去几十年来温室气体假说的不断强化,这将是一个相当高的要求。

2011年8月3日修正:本文早期版本错误地表示宇宙射线活动对地球气候的潜在影响。本文应该表示,穿透地球磁场的宇宙射线数量的减少可能导致形成更少的低水平云,这可以温暖地球。