فعالیت‌های خورشید؛ عامل تغییرات آب و هوا در زمین

به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از "ساینس دیلی" یک مطالعه جدید محققان نشان می‌دهد که چگونه یون‌های جوی ساخته شده توسط پرتوهای کیهانی پر انرژی از طریق جو، به رشد و تشکیل هسته‌ چسبندگی ابرها کمک می‌کند. در واقع درک اینکه چگونه اشعه کیهانی ابرنواخترها ابرهای زمین را تحت تاثیر قرار می‌دهد خبر از ایجاد تغییرات آب و هوا بر روی زمین دارد. وقتی یونیزاسیون در اتمسفر تغییر می‌کند، تعدادی از هسته‌های چگالی ابرها دچار تغییر می‌شود که بر خواص ابرها تاثیر دارد. هسته‌های فشرده بالای ابر معمولا آب و هوای سردتری دارند و از آنجایی که ابرها در دریافت اندازه انرژی خورشیدی به سطح زمین نقش کلیدی دارند، پیامدهای آن می‌تواند درک ما را از این که چرا آب و هوا در گذشته به گونه‌ای دیگر بوده و اکنون تغییر کرده مشخص کند. 

هسته‌های فشرده ابر با رشد خوشه‌های مولکولی کوچک به نام "آئروسل‌ها" شکل می‌گیرد. تاکنون تصور می‌شد که آئروسل‌های کوچک اضافی نمی‌توانند رشد کنند و به هسته های تراکم ابر تبدیل شوند، زیرا هیچ مکانیزمی برای آن شناخته نشده بود. در حال حاضر نتایج تحقیقات جدید نشان می‌دهد که از لحاظ نظری و تجربی، چگونگی تعامل بین یون‌ها و آئروسل‌ها می تواند با افزودن مواد به آئروسل‌های کوچک، رشد را سرعت بخشیده و به این ترتیب تبدیل شدن آنها به هسته های متراکم ابر را ایجاد کند. این مسئله یک پایه فیزیکی را به مجموعه شواهد تجربی اضافه می‌کند و حاکی از نقش فعالیت خورشیدی در تغییرات آب و هوایی است؛ به عنوان مثال، اکنون دانشمندان معتقدند که در دوره گرم قرون وسطایی در حدود ۱۰۰۰ قبل از میلاد و دوره سرد عصر یخبندان کوچک در ۱۳۰۰-۱۹۰۰ قبل از میلاد هر دو رخداد با تغییرات در فعالیت خورشید رخ داده است.

محققان این پروژه می‌گویند: "در نهایت، آخرین قطعه پازل در تحقیقات اخیر مشخص کرد که چگونه ذرات فضا بر آب و هوای روی زمین تأثیر می‌گذارند." این تحقیق درک چگونگی تغییرات ناشی از فعالیت‌های خورشیدی یا فعالیت‌های فوق العاده که می‌تواند آب و هوا را تغییر دهد را مشخص کرد.

ایده جدید اساسی در این تحقیق شامل این است که شرط رشد آئرسول توسط جرم یون‌ها چیست. اگر چه یون‌ها در جو بیشترین اجزای تشکیل دهنده جو نیستند، اما تعامل الکترومغناطیسی بین یون‌ها و آئروسل‌ها کمبود را جبران می‌کند و موجب همجوشی بیشتر بین یون‌ها و آئروسل‌ها می‌شود. حتی در سطوح یونیزاسیون کم، -حدود ۵- درصد سرعت رشد آئروسل‌ها به دلیل یون‌ها رخ میدهد. نکته مهم در این است که در مورد یک سوپر نوا، اثر می‌تواند بیش از ۵۰ درصد از نرخ رشد بیشتر باشد، که بر روی ابرها و دمای زمین اثر مستقیم می‌گذارد.

در این تحقیق و برای دستیابی به نتایج صحیح، توصیف نظری از تعامل بین یون‌ها و آئروسل‌ها همراه با بیان نرخ رشد آئروسول‌ها فرموله شد. سپس ایده‌ها به صورت آزمایشی در یک اتاق ابری بزرگ مورد آزمایش قرار گرفت. با توجه به محدودیت‌های آزمایشی مانند حضور دیواره‌های محفظه و تغییر نرخ رشدی که باید از میزان ۱ درصد اندازه گیری می‌شد، محققان ثبات بالایی در طی آزمایش‌ها ایجاد کردند بدین صورت که آزمایش ها برای به دست آوردن یک سیگنال مناسب نسبت به نوسانات ناخواسته، تا ۱۰۰ بار تکرار شد. در نهایت داده ها در طی یک دوره ۲ ساله با مجموع ۳۱۰۰ ساعت نمونه گیری جمع آوری شدکه نتایج آزمایشات با پیش بینی‌های نظری موافق بودند.

این فرضیه به طور خلاصه داده های زیر را ارائه کرد: 

- اشعه های کیهانی، ذرات با انرژی بالا که از ستارگان ساطع می شوند، الکترونها را از مولکول های هوا خارج می کنند. این تولید یون ها، یعنی مولکول های مثبت و منفی در جو است.

- یون ها به آئروسول‌ها کمک می کنند -  به این صورت که خوشه های عمدتا اسید سولفوریک و مولکول های آب در برابر تبخیر ایجاد و پایدار می شود. این فرآیند به نام هسته سازی نامیده می شود. به منظور تأثیر بر روی ابرها،  اسپری های کوچک نیاز به رشد تقریبا یک میلیون بار در جرم دارند.

- نقش دوم یون ها این است که آنها رشد  اسپری های کوچک را به هسته های تراکم ابر می رسانند - دانه هایی با قطرات آب مایع به شکل ابرها شکل می گیرد. یون های بیشتر آئروسل های بیشتری به هسته های فشرده ابر تبدیل می کنند. این دومین ویژگی یون هاست که نتیجه جدید در Communications Communications منتشر شده است.
- ابرهای پایین با قطرات آب مایع سرد سطح زمین ساخته می شوند.
- تغییرات در فعالیت مغناطیسی خورشید، هجوم پرتوهای کیهانی به زمین را تغییر می دهد.
- هنگامی که خورشید تنبل و یا مغناطیسی باشد، اشعه های کیهانی بیشتر و ابرهای کمتری وجود دارد و هوا خنک تر می شود.
- هنگامی که خورشید فعال می شود، اشعه های کیهانی کمتری به زمین می رسد و با کمبود ابرها، جهان گرم می شود.

مفاهیم اصلی مطالعه حاکی از این است که مکانیزم عمل تحت تأثیر تغییرات آب و هوایی در طول قرن بیستم مشاهده شده و خنک شدن و گرم شدن حدود ۲ درجه سانتیگراد طی ۱۰،۰۰۰ سال گذشته بارها اتفاق افتاده است، بعلاوه اینکه فعالیت خورشید و نفوذ اشعه کیهانی متغیر بوده است.