阐述太阳活动与气候变化的关系

阐述太阳活动与气候变化的关系
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置身于炎炎的夏日里,你是否感到高温难耐呢?也许你知道,这一切都和全球变暖脱不了干系.在过去20年中,全球平均气温上升了约0.2摄氏度.虽然大部分科学家都认为石化燃料排放的温室气体,使地球在过去数十年暖化,但也有科学家怀疑太阳活动较以前猛烈,也可能导致全球气温上升.最近德国马普太阳系研究所所长索兰基教授负责的一项太阳黑子研究取得的新成果再次让世人关注.

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研究小组调查太阳黑子在过去数百年的数据,发现太阳黑子数目减少标志地球出现寒冷时期,太阳黑子的数目在过去100年增加,与此同时全球气温持续上升.此外,科学家亦比较1991年在格陵兰岛搜集的冰芯样本数据,发现新近样本含有超过1000年来最低的铍-10水平.铍-10是一种由宇宙射线产生的微粒,当来自太阳的磁能增加,在地球大气压的铍-10亦会减少.因此德国和瑞典的科学家认为阳光较以前猛烈,是引起最近全球气候改变的原因.
索兰基尚不知道导致太阳较以前猛烈的原因,以及该周期将历时多久.但他表示虽然阳光在过去20年较以前猛烈,却并不足以引起气候改变,他相信臭氧层和云层上的日光较猛烈,对气候改变的影响,更甚于日光本身.索兰基认为,阳光较以前猛烈和温室气体水平上升,均导致地球温度改变.
太阳活动增强时,光和热几乎不变,影响天气冷热的其实是大气云层.
太阳到底在地球变暖中扮演了一个怎样的角色?温室效应导致地球变暖的结论会被推翻吗?带着种种疑问,本报记者专程走访了北京大学地球与空间科学学院副教授,2001年至2003年曾任德国马普高空物理研究所(现太阳系研究所)客座科学家的王劲松博士.
王博士告诉记者,太阳活动对人类天气确有影响,可以简单概括为“电、水、气”.
所谓“电”,是说太阳对外主要是电磁辐射,形式是光和热,地磁辐射到达地球会对大气的电环境有所影响.虽然地球大气很厚,至少有500公里以上,但对气候真正有影响的也只有距离地球表面10公里以下的大气.而太阳的辐射对大气中雷电的形成、雷电和降雨之间又有一定的关系.此外,电环境改变之后,大气中的水汽冰晶分布发生变化.
所谓“水”是指太阳对降水的影响,一个区域要有降水,不但要有足够的水汽,还要有足够的凝结核.如果没有凝结核,很纯净的水气降到100摄氏度以下,水珠也很难形成,最后还是清蒙蒙的状态.而人工降雨时,通常是将碘化银打到水汽足的云团上,水汽就凝结在碘化银的分子上形成下小水珠,水珠之间碰撞形成大的水珠才能掉下来.而宇宙中的高能粒子,比如射线本身之类也能形成比较大的核,所以当水汽很足的时候它能让水汽凝结产生降雨.
所谓“气”,意思是太阳的辐射可以控制大气中的一些化学反应,化学反应使大气的结构发生变化.雷雨之后臭氧比较多,这便是一种化学反应.各种原因使太阳辐射对我们有影响的这部分大气中有一些运动,这些运动对全球的气候、天气都是有影响的.
大家通常认为太阳活动比较剧烈,太阳散发的热量就比较多,所以地球接受的比较多,故而天气较热,而王博士却告诉记者：“事实上不是这样的,我们能感受到的光和热,其实只是太阳辐射的一部分.太阳活动时,这部分几乎是不变的.实际上太阳活动增加影响的是光和热之外的辐射,比如X光的辐射会很大,但X光达到地面之前,已经被吸收掉了,不会对我们有什么影响.我们说的天气热冷与太阳变化没关系,只与大气云层有关系.”
通过对黑子和铍-10的研究,专家们确认了太阳百年来的活动情况,并同地球气候的变化相比较.
问及德国专家是如何将太阳的黑子变化是同地球温度变化相联系的,王博士介绍说：研究太阳变化历史,必须有清楚的历史记载.尽管我国是发现太阳黑子最早的国家,国际上对黑子比较科学的记录是100多年前才开始的.科学家关注太阳表面看到了多少群黑子,每群黑子有多少个,折算出太阳黑子数.由于经验等因素影响,观测出来的数目相对不一样.国际上有一个标准的数,科学家都用这个数作为太阳活动和太阳黑子的一个衡量.
德国专家在格陵兰的冰芯中找到一些来自外太空的特别元素,再根据冰芯的变化来比较,他们用了铍-10,铍-10是一种放射性元素,任何一种反射元素都有一个半衰期,也称为寿命,我们可以根据它含量的多少,来反推出它的时间有多长.他显然认为铍的含量的多少和太阳活动是相关的,所以用铍的数量来验证了一下太阳黑子数量的变化.
为什么铍-10能验证太阳黑子的变化呢?铍-10是宇宙射线产生的微粒,主要来自与我们最近的银河系.奇怪的是太阳活动越强烈,它在地面上越少.现在利用观测宇宙射线的仪器进行观测也发现,太阳活动越剧烈,测到宇宙射线越少,这是一个肯定的结论,所以宇宙射线的强弱可以成为太阳活动的表征.
王博士进一步解释其中的推理过程：“我们掌握太阳黑子数过去100年增加的情况,另外一些科学家根据铍-10情况可以推出过去1000年来太阳活动的趋势.经过比较发现,近100年发现这个趋势是一样的.我们就知道太阳活动的趋势,再把100年来的气候变化趋势一比,发现有明显的对应关系.虽然我没有看到这篇文章,但相信这篇文章的数据相关性一定是相当好的,否则这种结论很容易被人批驳.”
太阳活动和地球气候变化的相关性确实存在,目前尚无充分证据,动摇温室效应的结论.
那么能否根据索兰基教授的结论,就得出太阳是地球变暖的罪魁祸首呢?王博士认为这还为时尚早,“任何一个科学家下结论都会有相应的数据,比如我们画两条曲线,太阳黑子是一条曲线,地球的温度是另外一种曲线,两者一比趋势是很相近的.数学上有一种方法叫算相关系数,相关系数是1就绝对是一样的,如果是0即表明完全没有关系,这个相关系数必须达到0.5以上,或者是0.7、0.8,别人才能够相信结论有一定的科学性.”
“但是,相关性只描述现象并不描述物理关系.比如说火星冲日,但火星在近地点时地球就有大的战争,去绘制曲线绝对是这样,相关性相当好.但反过来看在没有火星冲日的时候照样有战争.所以相关性只能表示现象看起来一致,不能表示双方有原则性的关系.”
王劲松：北京大学地球与空间科学学院副教授,理学博士,空间物理与应用技术研究所副所长.1999年北京大学博士后出站留校,并晋升副教授.2001年至2003年为德国马普高空物理研究所(现太阳系研究所)客座科学家,参加欧洲空间局“火星快车”计划.主要研究方向为地球与火星高层大气和电离层.