Das Magnetfeld der Sonne und die globale Erwärmung: Steuert die Sonne das Erdklima ?

1. Das Magnetfeld der Sonne und die globale Erwärmung:Steuert die Sonne das Erdklima ? Manfred Schüssler Max-Planck-Institut für Aeronomie Katlenburg-Lindau Planetarium Stuttgart Astronomisches Seminar 14. Dezember 2001

2. Die Sonne als “Klima-Maschine” Die Sonnenstrahlung als Wärmequelle treibt Winde und Meeres-Strömungen

3. Zeitliche Veränderung der einfallenden Sonnenstrahlung • Tag und Nacht • Jahreszeiten • Langfristige Variationen: Erdbahn, Neigung der Erdachse

4. Globale Erwärmung 1903 1924 1940 1956 Hintereisferner-Gletscher (Österrreich)

5. Die globale Erwärmung... Globale Temperatur

6. ...und der Anstieg von CO2 CO2-Gehalt (ppm)der Atmosphäre Im letzten Jahrhundert ist die mittlere Temperatur um etwa 0.6O C gestiegen, der CO2 - Gehalt um etwa 30%.

8. … und in der Zukunft ? Prognose auf der Basis von Klimamodellen

9. Der Treibhauseffekt

10. Das komplexe Klimasystem

11. . . . Zweifel am Treibhauseffekt ?

12. Klimaschwankungen in der “jüngeren” Vergangenheit

13. Ist die Sonne selbst veränderlich? • Die Sonne ist ein “aktiver” Stern! Eine große Sonnenfleckengruppe Sonnenflecken

14. Was sind Sonnenflecken ? Rauchwolken ? Löcher ? Wirbelstürme ?

15. Das Spektrum des Sonnenlichts

16. Sonnenflecken sind magnetisch Durch das Magnetfeld aufgespaltene Spektrallinie Sonnenfleck mit Spektrographenspalt

17. Der Aufbau der die Sonne

18. Granulation und Sonnenfleck

19. Die Sonne ist magnetisch Magnetfelder auf der rotierenden Sonne Magnetische Karte der Sonne

20. Heißes Gas zeichnet Feldlinien nach...

21. Wo kommt die Magnetfelder her ?

22. Die veränderliche Sonne Minimum Die Aktivität derSonne schwankt in einem etwa 11-jährigen Rhythmus Maximum Maximum

23. Der 11-jährige Sonnenzyklus “Dalton-Minimum” “Maunder-Minimum” Die Aktivität der Sonne schwankt in einem Rhythmus von etwa 11 Jahren. Längerfristige Variationen sinddiesem Zyklus überlagert.

24. Die “kleine Eiszeit” im 17. Jh. Die niederländischen Maler schufen ihre berühmten “Winterbilder”.

25. Die “kleine Eiszeit” im 17. Jh. Auf der zugefrorenen Themse wurden Märkte abgehalten

26. Der Sonnenzyklus und... • 1843: Samuel Heinrich Schwabe entdeckt den 11-jährigen Sonnenzyklus • In der Folge werden alle möglichen “Zusammenhänge” gefunden...

27. Sonnenflecken Pegelstand Der Wasserstand des Victoria-Sees

28. Sonnenflecken Pegelstand 11-jähriger Zyklus und Klima ? • Kein eindeutiger Zusammenhang • Korrelationen kommen und gehen • Vorzeichen wechseln örtlich und zeitlich

29. Zykluslänge und Temperatur Zykluslänge Landtemperatur

30. Sonnenflecken Pegelstand 11-jähriger Zyklus und Klima ? • Kein eindeutiger Zusammenhang • Korrelationen kommen und gehen • Vorzeichen wechseln örtlich und zeitlich • Aber: Deutlicher Zusammenhang in der oberen Atmosphäre (Stratosphäre und darüber)

31. Physikalische Mechanismen ? • Schwankung der UV-Strahlung

32. Die veränderliche Sonne Minimum Röntgenstrahlung Die kurzwelligeStrahlung derSonne schwankt im Zyklus stark:vom Faktor 2 im UV (<100 nm)bis Faktor 100im Röntgengebiet. Die Aktivität derSonne schwankt in einem etwa 11-jährigen Rhythmus Maximum Maximum

33. Die Erdatmosphäre “atmet” Die Temperatur und dieHöhe der äusseren Schichten der Atmosphäre schwanken im Takt des Sonnenzyklus. Sonnenaktivität Die Ausdehnung der Erdatmosphäredurch verstärkte Sonnenaktivitätführte 1979 zum (unkontrollierten!)Absturz des Weltraumlabors “Skylab”. 30-hPa-Höhe

34. Die Erdatmosphäre “atmet” • verstärkte Aktivität der Sonne • mehr UV-Strahlung • Temperaturanstieg in der Stratosphäre • Veränderung von Luftströmungen (Hadley-Zirkulation) • Klima-Effekt? Sonnenaktivität 30-hPa-Höhe Die Höhe der Stratosphäre schwankt im Takt des Sonnenzyklus (Karin Labitzke, FU Berlin)

35. Physikalische Mechanismen ? • Schwankung der UV-Strahlung • Variation der Gesamtstrahlung

36. Die “Solarkonstante” schwankt! Die Gesamtstrahlung der Sonne variiertum etwa 0.1% im Takt des Aktivitätszyklus!

37. Warum ist die Sonne heller, wenn siemehr dunkle Sonnenflecken hat ? Sonnenflecken (dunkel) Fackeln (hell)

38. Sonnenfackeln aus der Nähe...

39. Sonne mit Flecken und Fackeln

40. Die Aufhellung durch Fackeln überwiegtdie Verdunklung durch Sonnenflecken

41. Ein grundsätzliches Problem • Verlässliche Daten nur für die letzten Jahrzehnte vorhanden • “Rekonstruktion” von Daten, z.B. aus Sonnenfleckenzahlen, erforderlich • oft unsicher!

42. Variation der Gesamtstrahlung Klimamodelle: Temperaturschwankungen vor ~1950 von der Sonne beeinflusst, danach überwiegt der Treibhauseffekt.

43. Physikalische Mechanismen ? • Schwankung der UV-Strahlung • Variation der Gesamtstrahlung • Veränderung der kosmischen Strahlung

44. Das Magnetfeldder Sonne... - setzt sich fort in den interplanetaren Raum - und schwankt im Rhythmus des 11-jährigen Zyklus

45. Das interplanetare Magnetfeld

46. Die kosmische Strahlung schwankt! Die kosmische Höhenstrahlung variiertim Gegentakt des Aktivitätszyklus!

47. Geladene Teilchen und Magnetfeld

48. Warum ist die kosmische Strahlung schwächer,wenn die Sonne aktiver ist ? RuhigeSonne Aktive Sonne

49. Warum interessiert uns die kosmische Strahlungim Zusammenhang mit dem Klima ? • Kosmische Strahlung: • erzeugt radioaktive Elemente (14C,10Be) •  Aufschluss über die Sonnenaktivität in der Vergangenheit • erzeugt eventuell Kondensationskeime für die Bildung von Wolken •  Klima-Wirkung ??

50. Wolken und Temperatur • Wolkenphysik ist sehr komplex! • Dünne, hochliegende Wolken heizen (Treibhauseffekt) • Dicke, tiefliegende Wolken kühlen (erhöhte Reflektion des Sonnenlichtes) • In der Summe wirken Wolken kühlend