Starke Schwankungen können vergangenes Klima erklären
Ende März trafen sich die beteiligten Forscher zu einer Konferenz in Davos, um die Endresultate des Projekts zu diskutieren. Dieses bündelte das Knowhow verschiedener Forschungsinstitutionen bei der Modellierung von Klimaeffekten. Das PMOD errechnete den sogenannten Strahlungsantrieb der Sonne (wobei neben der elektromagnetischen auch die Teilchenstrahlung berücksichtigt wurde), die ETH Zürich die weiteren Auswirkungen in der Atmosphäre und die Universität Bern die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozeanen.
Die Schweizer Forscher gingen dabei von einer deutlich stärkeren Schwankung der auf die Erde treffenden Strahlung aus als in bisherigen Modellen. „Das ist der einzige Ansatz, um die natürlichen Klimaschwankungen der letzten paar tausend Jahre zu verstehen“, ist Schmutz überzeugt. Die anderen Hypothesen seien weniger schlüssig, wie zum Beispiel der Effekt großer Vulkanausbrüche.
Die Intensität der Sonnenstrahlung schwankt in einem etwa elfjährigen Rhythmus. Dieses Auf und Ab fällt zusammen mit dem vermehrten Auftreten und Verschwinden der Sonnenflecken, deren größte mit bloßem Auge von der Erde aus erkennbar sind. Schon chinesische Naturforscher beschrieben sie vor Jahrhunderten. Der deutsche Apotheker und Hobbyastronom Samuel Heinrich Schwabe war der erste, der sie ab 1843 systematisch erfasste. Doch erst in den 70er Jahren erkannten Astronomen anhand von Satelliten mit Messgeräten, dass sich mit dem Zyklus der Sonnenflecken auch die Strahlungsleistung der Sonne ändert. Auf der Höhe des Elfjahreszyklus, wenn besonders viele Sonnenflecken zu sehen sind, ist die Sonnenstrahlung am stärksten. Heute weiß man, dass die TSI (Total Solar Irradiance – Leistungsdichte der gesamten Sonneneinstrahlung) in dieser Phase um etwa ein Watt zunimmt. Während des Sonnenfleckenminimums wiederum sind dann kaum noch Flecken zu sehen – in dieser Zeit nimmt die Leistung ab.
Man sollte vermuten, dass die Strahlungsleistung der Sonne abnimmt, wenn zum Zyklusmaximum besonders viele Sonnenflecken auftauchen. Doch das Gegenteil ist der Fall. Denn während der aktiven Phase entstehen zugleich sehr viele kleinere, helle Bereiche, die vor allem im UV-Licht strahlen. Diese vielen sogenannten Faculae (Fackeln) strahlen in der Summe stärker und machen die Strahlungsdämpfung in den Sonnenflecken mehr als wett. Anders als Sonnenflecken lassen sich Faculae nur im UV-Bereich entdecken. Forscher nutzen dafür Magnetografen, Spezialinstrumente auf Satelliten, welche die Veränderungen im Magnetfeld deutlich sichtbar machen – und damit eben nicht nur Sonnenflecken erspähen, sondern auch die Faculae, denn bei diesen ist das Magnetfeld ebenfalls besonders stark – (nach mps.mpg.de).
Wie genau sich die Sonne in den nächsten Jahren verhalten wird, bleibt allerdings Spekulation: entsprechende Datenreihen gibt es erst seit ein paar Jahrzehnten und über diese Zeitspanne weisen sie keine Schwankungen auf. „Insofern bleiben auch unsere neuen Ergebnisse noch eine Hypothese“, sagt Schmutz: „Den nächsten Zyklus vorauszusagen fällt den Solarphysikern nach wie vor schwer.“ Doch weil wir seit 1950 eine konstante starke Phase beobachten, würden wir aller Voraussicht nach in 50 bis 100 Jahren wiederum einen Tiefpunkt erleben, und das könnte durchaus so stark wie das sogenannte Maunder-Minimum ausfallen, das im 17. Jahrhundert für besonders kalte Verhältnisse gesorgt habe.
Wichtige historische Daten
Auch die historische Perspektive war ein wichtiger Teil des Forschungsprojekts. Das Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern hat Datenreihen zur Sonnenaktivität aus der Vergangenheit mit konkreten klimatischen Verhältnissen verglichen. Sonnenflecken, deren Anzahl gut mit der Aktivität der Sonne korreliert, werden schon seit gut drei Jahrhunderten erfasst. Wie kalt es auf der Erde damals wirklich war, ist dagegen viel schwieriger exakt zu beziffern: „Wir wissen, dass die Winter beim letzten Minimum sehr kalt waren, zumindest in Nordeuropa“, sagt Schmutz. Für die Forschenden bleibt noch einiges an Arbeit, um den Zusammenhang mit dem globalen Erdklima im Detail nachvollziehen zu können – in der Vergangenheit und eben auch in der Zukunft.
[note Bereits Ende 2014 publizierte das Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (mps.mpg) folgende Ergebnisse (siehe solarify.eu/sonne-als-wandelstern):
- Schwankungen in der Strahlungsleistung der Sonne können zur Erderwärmung beitragen oder ihr entgegenwirken. Daher müssen Klimaprognosen den Einfluss der schwankenden Sonneneinstrahlung berücksichtigen.
- Die Strahlungsleistung der Sonne ist besonders hoch, wenn diese besonders aktiv ist. Sie schwankt in einem Zyklus von elf Jahren, unterliegt aber auch langfristigen
Trends. - Mit Beobachtungen des Magnetfeldes der Sonne, mit der Zahl der Sonnenflecken und Daten zu Isotopen kosmischen Ursprungs verfeinern Astronomen des MPS ihr Modell der Sonneneinstrahlung (TSI – Total Solar Irradiance – Leistungsdichte der gesamten Sonneneinstrahlung).]
->Quellen: