Hva er solflekker?

Enkelt sagt er en solflekk en flekk på den lysende sol-overflata, altså områder på Sola som som er mørkere enn de kraftig lysende områdene rundt. 

Solflekkene ble offisielt oppdaget av den italienske fysikeren og astronomen Galileo Galilei i 1610. Sommeren 1612 observerte han Sola og tegnet av de flekkene han så omtrent på samme klokkeslettet flere dager på rad. Disse observasjonene ble publiserte i 1613. Inntil da hadde romerkirken hevdet at i likhet med Skaperverket ellers var Sola plettfri og da måtte selvfølgelig overflaten av den også være helt uten flekker. Beretninger fra blant annet gjetere, som hevdet at de hadde sett flekker på Sola når den skinte gjennom skyer eller tåke, avviste kirken som overtro. Oppdagelsen til Galilei var derfor ganske kontroversiell i sin samtid, men på den andre siden gjorde den at vi i dag har nesten kontinuerlige observasjoner av Sol-overflaten over et tidsrom på mer enn 410 år.

Her ligger flere animasjoner av 1613-tegningene til Galileo. Det at de er observert på nesten samme klokkeslett hver dag over flere dager, gjør at rotasjonen på Sola kommer tydelig fram når en ser dem spilt av i rekkefølge (bruk QuickTime!). – Legg merke til at rotasjonsaksen på Sola ligger på skrå i verdensrommet, sett fra Jorda.

Solflekker og to teorier om dem

Den synlige delen av soloverflata kalles Fotosfæren – navnet kommer at det latinske ordet for lys, ‘fos’, her. Denne overflaten har en temperatur på ca 5.800 grader Celsius. I følge Standardteorien om astronomi lyser Sola på grunn av at energien fra kjernefysiske reaksjoner i sentrum av Sola har kommet seg til sol-overflaten, fotosfæren, via ulike prosesser, der de stråles ut som små pakker av lys (fotoner), i alle bølgelengder, men sterkest i den gule delen av spekteret.

• I følge Standardteorien for astronomi er årsaken til at Umbraen (mørkeste delen i solflekken) er så mørk, at flekken er 1200 grader C kjøligere enn området rundt solflekken. Dette forklares med at solflekkene har høy magnetisk aktivitet slik at den delen av soloverflata blir kjølt ned. Styrken på magnetfeltet kan enkelt måles både fra Jorda og fra verdensrommet. Husk at denne mørkheten til flekken er relativ; en solflekk lyser faktisk på 4.600 grader C og sett fra Jorda ville den lyse like sterkt som fullmånen; hvis det var fysisk mulig å flytte solflekken ut i verdensrommet.
  Penumbraen er det stripete området rundt Umbraen, som skal ha utseendet sitt fordi området påvirkes av magnetfeltet i solflekkene.

I følge teorien om Det Elektriske Univers (EU-teorien) er det elektro-magnetiske krefter og -reaksjoner som gjør at Sola lyser. Der hevdes det at den synlige soloverflata lyser på grunn av elektromagnetiske utladninger, som kan sammenlignes med en elektrisk sveise-bue.

• EU-teorien sier at sentrum av solflekkene er mørke fordi det ikke er elektriske utladninger akkurat i det området på grunn av kraftige magnetfelt, dermed ser vi ned på den mørkere og kjøligere overflaten som ligger under de øvrige elektromagnetiske utladningene i fotosfæren.

Du finner utførlig informasjon om EU-teorien hos Thunderboltprosjektet her, men Tom Findlay sin «A beginner’s view of our Electric Universe» er kanskje et av de beste stedene å begynne. Den finnes både som bok og som pdf-dokument, som er her.

Her er et bilde som satellitten SOHO tok i 2003 av en av de største solflekkene i moderne tid. Den nederste flekken er 15 ganger større enn Jorda!
En forklaring til bildeteksten: Uttrykket «aktive områder» brukes om større strukturer, altså flere solflekker og/eller porer og ‘fakler’ (spiculae).

MDI Sunspot size winner — Active region 10486 became the largest sunspot seen by SOHO, It unleashed a spectacular show on 28 October 2003. An X 17.2 flare, the second largest flare observed by SOHO and the third largest ever recorded, blasted off a strong high energy proton event and a fast-moving Coronal Mass Ejection. The spot occupied an area equal to about 15 Earths, a size not seen since 1989. It later fired off the largest X-ray flare recorded, on 4 November 2003.Så langt om selve solflekkene.

Hvorfor snakker så mange om solflekksykluser?

De er viktige fordi de påvirker en rekke klimatiske forhold på Jorda, slik som:

• hvilken rute lavtrykk og høytrykk tar, særlig på den nordlige halvkulen
• utbredelsen av lave skyer, noe som er viktig særlig fordi lave skyer i neste omgang påvirker global temperatur og nedbør
• hyppigheten av vulkanutbrudd, særlig de kraftige utbruddene som spyr ut så mye aske støv og svovel at de kan påvirke været i mange år etter utbruddet
• hyppigheten av jordskjelv
• hyppigheten av lyn og torden
• økt meteor- og meteoritt-aktivitet (meteor = stjerneskudd, meteoritt = stjerneskudd som er store nok til at de ikke brenner opp i atmosfæren, men faller ned på Jorda. Meteor-aktivitet inkluderer også større legemer som blir knust i atmosfæren pga kreftene som er involvert, eks. Tunguska-hendelsen i 1908, her, eller Chelyabinsk-meteoritten i 2013, her.)

Det er også flere indisier på at solflekksyklus har betydning for tornadoer og orkaner og lignende værsystemer fordi de påvirker elektro-magnetiske krefter i og utenfor atmosfæren på Jorda..

Om jeg har forlest meg på Science Fiction, sier du?
Nei, faktisk ikke: Det finnes en hel rekke beretninger om klima og naturkatastrofer i historisk tid som fortell er at disse fenomenene henger sammen. Det finnes også en hel rekke arkeologiske indisier, støttet av ulike målinger, som isborekjerner, karbon14-dateringer, havsedimenter og fossilt løvverk (stomata), som bygger opp under påstandene jeg kommer med. Forskere som støtter teorien om Det Elektriske Univers har gjenskapt mange av disse fenomenene i laboratoriene sine, fenomener som kan skaleres opp til kosmisk skala. – Jeg håper å komme tilbake til teorien om det Elektriske Univers ved en annen anledning.
I tillegg har det kommet observasjoner i løpet av de 5-10 siste årene fra amatørfotografer, astronauter og forskere som dokumenterer elektriske utladninger mellom ytre atmosfære/verdensrom knyttet til selve jordskjelvene, starten på vulkanutbruddene, nordlysutbrudd og til stormsentre.

På hvilken måte kan solflekksyklus påvirke alt dette?
Jeg skal svare på det spørsmålet når det gjelder skydannelse og vulkanutbrudd, men når det gjelder hvordan solflekksyklus påvirker rutene lavtrykkene tar, har jeg kommentert det flere ganger på denne siden i forbindelse med omtalen av Jetstrømmen.
Først må vi innom et diagram som er mye brukt for å illustrere solflekksyklusene.

Sommerfugldiagrammet

Antallet solflekker

Antallet solflekker er ikke konstant; det varierer over en syklus med et gjennomsnitt på 11,2 år. Sagt på en annen måte: Ved solflekkminimum er det få eller ingen flekker å se på soloverflaten. Så dukker det opp en ny flekk et sted på mellom 30 og 60 breddegrader nord eller sør for Sol-ekvator. Etterhvert som tida går kan en solflekk få selskap av en hel haug med flekker. Jo lenger ut i syklusen en kommer, jo nærmere Sol-ekvator dukker de opp. Når sola nærmer seg et nytt solflekkminimum blir det stadig færre flekker, og alle nye solflekker ligger da i området ved Sol-ekvator, helt til aktiviteten dør hen. – Solflekker vises forresten på Sola i bare ei begrenset tid, alt fra noen få dager, som ved starten og slutten av hver syklus, og opp til flere uker, som ved solflekkmaksimum.

Hvis en regner tida fra når den første flekken i et par har samme magnetiske polaritet (nord eller sørlig pol) igjen, varer en slik syklus egentlig 11,2 x 2 år i gjennomsnitt.
Husk at dette er et statistisk gjennomsnitt: For eksempel varte solflekksyklus nr 2 og 3 i henholdsvis 9.0 og 9,3 år (1766-1775 og 1775-1784), mens solflekksyklus nr 9 og 10 varte henholdsvis 12,4 og 11,3 år (1843-1822 og 1855-1867). – Det ligger an til at den solflekksyklusen vi starter på nå straks vil bli enda mye lengre. – Det skal bli interessant å se hvor lenge den blir å vare; det diskuteres …

Å tegne sommerfugldiagram

Hvis en begynner en serie observasjoner med å registrere hver solflekk ved starten av en ny syklus og plotter hver enkelt flekk inn i et diagram med breddegradene på Sola på den loddrette y-aksen og tida på den vannrette X-aksen gjennom hele syklusen, kommer det fram et interessant mønster, som ligner en sommerfugl. – Dessverre er det vanskelig å observere den delen av Sola som til enhver tid vender bort fra Jorda, så her må forskerne beregne et gjennomsnitt for «baksiden» ut fra når solflekkene går ut av syne på grunn av sol-rotasjonen på høyre siden og kommer til syne på venstre siden av soloverflaten.

Astronomen Edward Walter Maunder (og sannsynlig sammen med hans 2. kone, Annie Scott Dill Maunder) oppdaget denne Sommerfugl-effekten i 1904. Diagrammet under er hentet fra NASA sin hjemmeside og viser bare den delen av solflekk-mønsteret som stammer fra moderne tid, altså fra 1875 til ca 2015. Øverste halvdel viser sommerfugl-diagrammet og nederste antall solflekker.

Legg merke til at det er et lavt antall solflekker ved starten av hver syklus: Sola kan da være helt blank noe dager, uker eller måneder. Ved lav solflekkaktivitet kommer som sagt de første flekkene i den nye syklusen til syne på ca 30 grader nord eller sør for sol-ekvator når en ny syklus starter: se solflekksyklus nr 12 fra 1880 (nederste delen av diagrammet til venstre). Når det er høy aktivitet, slik som i solflekksyklus 19. fra ca 1955, kommer de første solflekkene til syne på omkring 60 grader nordlig ellers sørlig bredde og antallet flekker øker mye raskere enn ved lav aktivitet.

Den magnetiske Sol

Det som er lett å overse ved Sommerfugldiagrammet, er at det ikke bare er flekkene på soloverflata som varierer med en ca 11 års syklus. Det som betyr mest i denne sammenhengen, er at styrken på magnetfeltet på soloverflata varierer i takt med antallet og størrelsene solflekkene; altså med den elektro-magnetiske aktiviteten på Sola. Dermed påvirkes også magnetfeltet mellom planetene tilsvarende.

Styrken på magnetfeltet mellom Sola og planetene påvirkes av Solvinden; – elektrisk ladede partikler, mest atomkjerner (protoner) som strømmer ut fra Sola. I perioder der det er mye rask solvind, er magnetfeltet sterkt og motsatt når det er lite solvind. Du kan følge med dette fra dag til dag på den amerikanske siden Spaceweather, her (se øverst i venstre stolpe).

Hastigheten på solvinden kan øke dramatisk ved diverse eksplosive hendelser på Sola, slik som flaresutbrudd og Coronal Mass Ejection og ved såkalte koronahull. (Dessverre er det ikke plass til å gå innpå hva dette er.)
Men det motsatte skjer også: Når den magnetiske aktiviteten på Sola svekkes, blir også magnetfeltet omkring Jorda svekket. Det er i denne sammenhengen at «kosmisk stråling» spiller inn.

Historier om Solflekker og hva de betyr for Jorda

Selv om astronomer har observert solflekker i over 410 år, satte de ikke nummer på rekkefølgen av syklusene før i 1755. Den syklusen som startet det året fikk tallet nr 1, ref tabellen på Wikipedia, her. Mye av grunnen til at de startet å telle sykluser først i 1755 var at det var så få solflekker å se i tida fra 1640 og at det tok tid før aktiviteten tok seg opp igjen, dermed klarte ikke astronomene å definere noen tydelig syklus før rundt midten av 1700-tallet.

Sol-astronomi byr på mer enn bare interessante statistiske sammenhenger på Jorda, men la meg ta et par slik sammenhenger før jeg skriver mer om hvordan solflekkene påvirker klimaet på Jorda på kort og lang sikt.

Solflekker og prisen på hvete

Allerede i 1801 publiserte den tysk-britiske astronomen William Herschel d.e. (1738-1802) en studie der han pekte på en sammenheng mellom prisen på hvete og antall solflekker. Han hadde da studert seks solflekkperioder for tidsrommet 1650 og 1800. Hans konklusjon var at i perioder med få eller ingen solflekker var det lite hvete  å få tak i og hveten hadde en høy pris. Motsatt fant han at i perioder med høy solflekkaktivitet var det rikelig med hvete å få tak i og til en lav pris.
Utfra dette varslet han at ved solflekkmaksimum tre år senere, altså i 1804 ville prisen på hvete falle og det ville være rikelig med hvete på markedet. Solflekksyklus nr 5 startet i 1798 og nådde maksimum i 1804: Etter den våte og kalde sommeren i 1798 var det veldig lite hvete å få tak i, men det endret seg dramatisk i 1804, se her.

Solflekker og børskonjunkturer

William Stanley Jevons (1835-1882) var en britisk økonom og filosof som har hatt stor innflytelse på økonomisk teori på 1800- og 1900-tallet. I en artikkel i «Time Price Research, her heter det blant annet (min oversettelse):

«Jevons analyserte også business-sykluser og forslo at krisene i økonomien kanskje ikke var tilfeldige hendelser, men at de i stedet kunne ha observerbare eksterne årsaker. Han presenterte en statistisk studie som knyttet forretnings-syklusene til solflekkene.»

Forklaringen er selvfølgelig at antall solflekker bare påvirker børsen og prisen på korn indirekte gjennom å påvirke vekstvilkårene for korn og andre landbruksprodukter. En ser for eksempel at i perioder med lav solflekkaktivitet er det 2-3 % mer overskyet vær og det dermed regner mer. Dessuten kommer ofte våren litt senere og høsten litt tidligere ved solflekkminimum enn ved solflekkmaksimum. En lengre vekstsesong har betydning for størrelsen på avlingene.

Solflekker og skydannelse

I boka «The Great Global Warming Blunder: How Mother Nature Fooled the World’s Top Climate Scientists» av dr Roy Spencer, her står følgende (min oversettelse):

«Den mest opplagte måten oppvarming kan forårsakes av naturlige mekanismer, er hvis små, naturlige fluktuasjoner i sirkulasjonsmønsteret i atmosfæren og verdenshavene kan resultere i 1 % eller 2 % fall i globalt skydekke. Skyer er solskygge for Jorda, og hvis skydekket endrer seg av en eller annen grunn, har du enten global oppvarming eller global nedkjøling.»

Danske prosessor Henrik Svensmark har forsket på dette temaet i årevis og har publisert bøker om emnet, blant annet «Den Maniske sol» fra 1997, som han gav ut sammen med Egil Friis Christensen.
Svensmark har fortsatt arbeidet med å utvikle teorien sin og kommet med flere publikasjoner etter da. I desember 2017 kom en ny publikasjon, denne gangen i det anerkjente tidsskriftet Nature: «Increased ionization supports growth of aerosols into cloud condensation nuclei»,  her.

Henrik Svensmarks teori

Arbeidet hans fokuserer på et fenomen som heter kosmisk stråling. Ordet ‘stråling’ her er misvisende, for dette har ikke noe med lys eller elektromagnetisk stråling å gjøre: Kosmisk stråling er atompartikler som i 89 % av tilfellene består av protoner, (Hydrogenatomer uten elektroner) ellers muoner (en «slektning» av elektronet, bare 182 ganger så tung) og andre type partikler, som kommer fra verdensrommet i en enorm hastighet. Hastigheten har de fått gjennom en eller annen mekanisme som jeg ikke trenger å gå inn på her (også her her er det to ulike teorier på hvordan kosmiske stråler blir «skutt ut» i verdensrommet).

Den første effekten som kosmiske stråler har på Jorda er, at når de treffer atmosfæren, slår de elektronene vekk fra molekylene de kolliderer med i atmosfæren på  turen nedover. Elektronene som den kosmiske strålingen kolliderer med, kolliderer igjen med andre luftmolekyler og ioniserer dem, som igjen kolliderer … i en kaskade-reaksjon, se tegningen under her. Disse elektronene og molekylene er elektrisk ladet (ionisert som dette heter på fagspråket).
Alle ionene trekker til seg små klynger av svovelsyre-molekyler (aerosoler) og den elektriske ladningen gjør at de kan trekke til seg vannmolekyler, som de kan smelte sammen og til slutt bli store nok til at de ikke fordamper i sollyset. På den måten blir de til en slags såkorn, kalt  «kondensasjonskjerner». Dannelsen av kondensasjonskjerner er nødvendig for at flere kjerner kan slå seg sammen og danne vanndråper; de må faktisk vokse seg en millioner ganger i masse for at «såkornene» skal ha noe å si for dannelsen av skyer.

Altså: Ved å ionisere gassene i atmosfæren hjelper kosmiske stråler til å få fart på veksten av små aerosoler så de blir store nok til at de kan binde til seg vannmolekyler. «Jo flere ioner, jo flere aerosoler vokser til vanndråper», eller sagt på en annen måte: Jo flere kosmiske stråler som trenger ned i atmosfæren rundt Jorda, jo flere lave skyer får vi. Det er denne siste egenskapen som artikkelen i Nature november 2018 handlet om.

Hva har så kosmisk stråling med solflekksyklus å gjøre?

Sammenhengen er som følger:

• Ved høy solflekkaktivitet, fungerer det Interplanetariske Magnetfeltet som et skjold mot kosmisk stråling. Da er det relativt færre stråler som slipper gjennom skjoldet, og også færre stråler som trenger langt ned i retning jordskorpa (noen av dem trenger uansett ned i jordskorpa).
• Ved lav solflekkaktivitet svekkes det magnetiske skjoldet, dermed trenger langt flere kosmiske stråler inn i atmosfæren og mange flere av dem trenger ned i jordskorpa

Oppsummert:

• Lave skyer av vanndråper kjøler ned jordoverflata
• Variasjoner i magnetfeltet på Sola endrer innstrømmingen av kosmisk stråling mot Jorda
  • Ved lav magnetisk aktivitet er det flere kosmiske stråler og flere skyer og verden er kjøligere
  • Ved høy magnetisk aktivitet er det færre kosmiske stråler, færre skyer og en litt varmere verden

Arbeidet til Henrik Svensmark forklarer oppvarmingen som Jorda har hatt i den moderne tiden. Den mekanismen kan også forklare de gjentatte svingningene på ca 2 grader C gjennom de siste 10.000 årene; altså at disse svingningene skyldes variasjoner i kosmisk stråling på grunn av variasjon i elektro-magnetisk aktivitet på Sola.

Men hva med de dramatiske endringene på 10 grader C og mer, som en ser spor etter i isen på Grønland og mange andre steder? – En teori går ut på at det er effekten av at Solsystemet – altså Sola og alle planetene – går i bane rundt sentrum av Melkeveien og at de i den banen kommer i kontakt med områder med enten mer eller mindre kosmisk stråling fra eksploderende stjerner – fra supernovaer, her.

Kosmisk stråling og vulkanutbrudd

I 2011 publiserte et forskerteam ved Gondwana Research som bestod av Miyahara, Hiroko, Kataoka, Ryuho, Sato, Tatsuhiko og Ishimine, Yasuhiro artikkelen «Explosive volcanic eruptions triggered by cosmic rays – Volcano as a bubble chamber», her. Jeg har oversatt sammendraget for rapporten, men først noen forklaringer av ord:

• I mineralogi beskriver uttrykket exsolution en prosess der en i utgangspunktet homogen, fast oppløsning skiller seg i minst to forskjellige krystallinske mineraler uten at det blir lagt til eller fjernet mineraler
• Silikater er mineraler som har høyt innhold av grunnstoffet silisium
• Kosmisk stråling er ifølge Store Norske leksikon atomkjerner og elektroner som utbrer seg i rommet mellom stjernene med meget høy energi. Disse partiklene har ofte en hastighet på opp mot lyshastigheten ca 3000.000 km/sek, her. (høy hastighet = høy energi)
• Fluks et uttrykk for hvor sterk strømmen av partikler er (altså antall partikler pr areal i et gitt tidsrom)
• Viskositet er et uttrykk for seigheten i en væske. Væsker med lav viskositet flyter lettere enn væsker med høy viskositet
• Myon er en type subatomær partikkel, som ligner ganske mye på et elektron, men har en masse som er 207 ganger større.

Sammendraget for «Explosive volcanic eruptions triggered by cosmic rays – Volcano as a bubble chamber» er slik:

«Vulkaner, hvor et silikatrikt magma har høy viskositet (er tyktflytende), har en tendens til å produsere voldsomme, eksplosive utbrudd som resulterer i katastrofer for lokalsamfunn og som også påvirker det globale miljøet sterkt. Vi har undersøkt timingen for 11 eruptive hendelser som produserte silikatrikt magma fra fire vulkaner i Japan (Mt. Fuji, Mt. Usu, Myojinsho, and Satsuma-Iwo-jima) i løpet av de siste 306 årene fra år 1700 til år 2005 e. Kr.
Ni av de elleve utbruddene skjedde under inaktive faser av solar magnetisk aktivitet (altså ved solflekkminimum), noe som er godt indeksert av gruppenummeret for solflekkene. Denne sterke sammenhengen mellom timingen for solflekkminima og solflekkminimum er statistisk signifikant med et konfidensnivå på 96,7 %. Det er ikke observert noen slik sammenheng for utbrudd fra vulkaner med silikatfattig magma, slik som Izu-Ohshima.
Det er vel kjent at det er en negativ sammenheng mellom fluksen av kosmisk stråling og solar magnetisk aktivitet, fordi et sterkt magnetfelt i solvinden frastøter ladede partikler slike som galaktisk stråling som har oppstått utenfor solsystemet.
Den sterke negative sammenhengen mellom ^­timingen for silikatrike utbrudd og solaktivitet kan forklares med variasjoner i fluksen av kosmisk stråling som oppstår på grunn av solar modulasjon. Fordi et silikatrikt magma har relativt høy overflatespenning (opp mot 0,1 Nm(-1)), er den homogene kjerneraten så lav at slikt magma eksisterer i en høyt overmettet («supersaturert») tilstand uten exsolution av betydning, selv når magmaen befinner seg relativt nært overflaten, altså innenfor rekkevidden av kosmisk stråling og strålingsenergien fra kosmiske myon-partikler (energi på 1-10 GeV)
Disse myonene kan bidra til at det dannes kjerner i et super-mettet magma gjennom tap av ionisering, noe som er dokumentert av mange forfattere som studerer boblekamre. Denne strålingsinduserte kjernedannelsen kan føre til pre-eruptiv exsolution av H2O i silikatrike magma. Vi legger merke til at utbruddet av 1991 på Mt Pinatubo ble utløst av en slik mekanisme, nemlig via en økning i fluksen av kosmisk stråling utløst av tyfonen Yunya. Grunnen er at et fall i atmosfærisk lufttrykk også resulterer i økt fluks av kosmisk stråling. Vi spekulerer også i om hendelsen «Snowball Earth» ble utløst av et storskala vulkanutbrudd, som utløst av økt kosmisk strålingsfluks på grunn av en nærliggende supernova-eksplosjon og førte til den kraftige nedkjølingen.

***   ***   ***

De som ønsker å fordype seg i sammenhengen mellom solflekkaktivitet og klima, kan lese «Solar History: The Connection of Solar Activity, War, Peace and the Human Mind in the 2nd Millennium» av Sacha P. Dobler, her og her.
Hvis duer interessert i hvordan diverse vær-hendelser har vært avgjørende for utfallet av kriger og av andre historiske hendelser, kan lese «Global Crisis, War, Climate change & Catastrophe in the Seventeenth Century, av professor i historie Geoffrey Parker, her.

Jeg kommer også mer inn på dette i en senere artikkel om «Den Lille Istida og Svartedauen»

***   ***   ***