Röviden

Az űr gyakran tűnik sötétnek, hidegnek, üresnek és élettelennek, de valójában rengeteg minden történik ott, többek között nagy energiájú részecskék áramlatai száguldanak közel fénysebességgel. Ezek a galaktikus kozmikus sugarak, amelyeket Victor Hess osztrák–amerikai fizikus fedezett fel 1912-ben. A „galaktikus kozmikus sugárzás” gyűjtőfogalom, amely olyan nagy energiájú részecskéket takar, amelyek forrásai a Naptól egészen más galaxisokban felrobbant ősi szupernóvák – vagyis elpusztult csillagok – maradványaiig terjednek.

Amikor a kozmikus sugarak elérik légkörünk felső rétegeit – amely sokkal sűrűbb környezet, mint a mélyűr –, kölcsönhatásba lépnek a légköri atomokkal, és töltött részecskékből álló záporokat hoznak létre, amelyeket ionoknak nevezünk. Ezek az ionok ezután a felszín felé tartanak, ahol éves sugárterhelésünk valamivel több mint 10%-át adják. Ez körülbelül három mellkasi röntgenfelvételnek felel meg.

A napszél védi a Földet a kozmikus sugárzástól, míg a Föld erős mágneses mezeje mindkettővel szemben pajzsként viselkedik. Ebben a tekintetben szerencsénk van: ha látni akarod, mi történik egy olyan bolygóval, amely elvesztette erős mágneses terét, nézz rá a Marsra. Ezeknek a bolygóvédelmi mechanizmusoknak köszönhetően a Föld alsó légkörébe és felszínére jutó kozmikus sugárzás mennyisége minimális.

A kozmikus sugárzás közvetlen mérése a műholdak korszakának kezdetétől vált lehetővé, mivel a műholdak képesek részecskedetektorokat hordozni. Így több mint fél évszázadnyi adatunk van a sugárzási fluxus intenzitásának változásairól.

Az az elképzelés, hogy a kozmikus sugárzás fluxusának változásai okozhatják a megfigyelt globális felmelegedést, kis számú, de elszánt hívet tudhat magáénak. Röviden, a hipotézisük azt sugallja, hogy a kozmikus sugarak által létrehozott ionok felhőképző „magvakat” hozhatnak létre. Ez több felhőt jelentene – a felhők pedig visszaverik a napfényt, csökkentve a Föld felszínét elérő energiát. A gondolatmenet tehát úgy szól: ha kevesebb kozmikus sugár éri el a Földet, akkor kevesebb lesz a felhő, több napfény jut a felszínre, és így fokozódik a globális felmelegedés. Bizonyos értelemben ez az „A Nap az oka” érv egy változata, mivel a kozmikus sugárzás fluxusa csökken, amikor a Nap a 11 éves napfoltciklusának aktív fázisában van, és a napszél erősebb.

2017-ben számoltak be a CLOUD-kísérlet (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) eredményeiről. Ezt azért hozták létre, hogy teszteljék a kozmikus sugarak és a klíma közötti kapcsolatot, különösen az ionok és a felhőképződés összefüggését. A CLOUD-kísérlet sok, addig ismeretlen részletet tárt fel a felhőképződés és -növekedés mechanizmusairól légkörünkben. Ez nagyban javította az emberi hatások klímára gyakorolt hatásának megértését. A tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy a kozmikus sugárzás intenzitásának változásai csak kis mértékben befolyásolják a felhőkondenzáció folyamatát. A szerzők szavaival élve: „valószínűtlen, hogy ez összehasonlítható lenne a természetes aeroszol-kibocsátások nagy ingadozásainak hatásával” – például vulkánkitörések, erdőtüzek stb. hatásával. Tehát: a kozmikus sugárzásnak alig van hatása.

Részletesebb magyarázat

Egy időben azt feltételezték, hogy a galaktikus kozmikus sugárzás (GCR) szerepet játszhat a felhőképződésben. Az elmélet egyik legismertebb képviselője a dán tudós, Henrik Svensmark volt. Ha a hipotézis helytálló lenne, a GCR fluxus növekedése több kondenzációs magot hozna létre, ami nagyobb felhőzetet eredményezne az alsó légkörben. Ez több napfényt verne vissza, tehát globális hűtő hatást okozna. Fordítva: a GCR fluxus csökkenése a felhőzet visszaeséséhez vezetne, több napfényt engedve át, így melegítve a bolygót.

Az új hipotéziseket azonban mindig tesztelik. A GCR-ek maximális lehetséges szerepének meghatározására a globális hőmérsékleteket összehasonlították a GCR fluxus változásaival, amelyeket műholdakon lévő részecskedetektorok, illetve a Föld felszínén működő neutronmonitorok mértek. Számos ilyen tanulmány készült – ezek többsége ugyanarra a következtetésre jutott, de az alkalmazott módszerek idővel javultak, ahogy az a tudományos kutatásban megszokott.

Egy 2003-as tanulmány kimutatta, hogy bár 1970 előtt volt némi korreláció a GCR-szint és a hőmérséklet között, ez a kapcsolat azt követően élesen megszűnt. Az elemzés arra a következtetésre jutott, hogy „1970 és 1985 között a kozmikus sugárzás fluxusa, bár még mindig hasonlóan viselkedett, valójában lemaradt a hőmérséklethez képest, és nem lehetett az emelkedés oka. Így a kozmikus sugárzás változásai nem felelhetnek a hőmérséklet-növekedés több mint 15%-áért.” (Krivova és Solanki 2003)

1. ábra: Rekonstruált kozmikus sugárzás (folytonos vonal 1952 előtt) és közvetlenül megfigyelt kozmikus sugárzás (folytonos vonal 1952 után) összevetve a globális hőmérséklettel (szaggatott vonal). Minden görbét 11 éves mozgóátlaggal simítottak (Krivova és Solanki 2003).

Egy másik, a 2000-es években végzett elemzés a GCR-ek és a felhőzet kapcsolatát vizsgálta, és több ellentmondást is talált. Mivel a GCR-fluxus nagysága a magasabb földrajzi szélességeken nagyobb mértékben ingadozik, logikus lenne azt várni, hogy a felhőzetben is nagyobb változások figyelhetők meg a sarkvidéki térségekben. A szerzők azonban megállapították, hogy ez nem történt meg. Megvizsgálták a csernobili atomerőmű-baleset utóhatásait is: a gondolatmenet szerint, ha a GCR-hipotézis helyes lenne, akkor mivel a csernobili helyszín erős ionizáló sugárzásforrás volt, valamilyen hatást kellett volna tapasztalni a felhőképződésben. Ám semmilyen ilyet nem találtak (Sloan és Wolfendale 2008).

Újabb lehetőség nyílt a Svensmark-féle hipotézis alapos tesztelésére egy különösen elnyúlt naptevékenységi minimum idején (a 23. és 24. napciklus között, 2008–2010). Ez a minimum a GCR-fluxus rekordmagas szintjével járt együtt, ugyanakkor az alsó légkör – a körülbelül 10 kilométer vastag réteg, ahol az időjárási jelenségek zajlanak – felhőzetének szintje rekord alacsony volt. Ha a GCR/felhőmag-képződés elmélet helyes lett volna, akkor ennek éppen fordítva kellett volna történnie (Agee et al., 2012; 2. ábra). Szintén 2012-ben egy fontos áttekintő tanulmány, amely az előző 35 év kutatásait foglalta össze, arra a következtetésre jutott: „világos, hogy nincs megbízható bizonyíték a kozmikus sugárzás fluxusa és a felhők közötti széleskörű kapcsolatra.” (Laken et al., 2012).

2. ábra: Éves átlagos GCR-szám percenként (kék – megjegyzés: a számok a bal oldali tengelyen felfelé csökkennek, mert az alacsonyabb GCR-szintnek magasabb hőmérsékletet kellene jelenteniük) a Neutron Monitor Adatbázis alapján, szemben a NOAA NCDC éves átlagos globális felszíni hőmérsékletével (piros, jobb oldali tengely), mindkettő másodfokú polinomiális illesztéssel.

Még újabban a CLOUD-kísérlet (Cosmics Leaving Outdoor Droplets; maga a rövidítés felhőt jelent magyarul), amelyet kifejezetten a GCR-ek és az éghajlat közötti kapcsolat szisztematikus vizsgálatára hoztak létre, további eredményekről számolt be. A kutatók kifejezetten arra keresték a választ, hogy van-e kapcsolat a GCR-ekből származó ionok és az aeroszol-nukleáció között, vagyis a felhőkondenzációs magok képződése és a felhőképződés között. A CLOUD-kísérlet sok rejtélyt feltárt a nukleációról és a felhők növekedéséről légkörünkben, nagymértékben javítva az emberi hatások klímára gyakorolt következményeinek megértését. A vizsgálat arra a következtetésre jutott, hogy a GCR-fluxus intenzitásának változásai csak kis mértékben befolyásolják a felhőkondenzáció folyamatát, és „valószínűtlen, hogy ez összehasonlítható lenne a természetes primer aeroszol-kibocsátások nagy ingadozásainak hatásával” – például vulkánkitörések, erdőtüzek stb. (Gordon et al., 2017).

Ez a történet szépen bemutatja, hogyan halad előre a tudomány. Valaki felállít egy hipotézist, azt többször is próbára teszik, majd elégtelennek találják. Ez további kutatásokhoz és fontos felfedezésekhez vezet, fokozatosan jobb megértést adva arról, hogyan működnek bizonyos folyamatok – ebben az esetben a légköri folyamatok. Az utóbbi években Svensmark a Global Warming Policy Foundation, a Heartland Institute és hasonló szervezetek közelébe került, amelyek inkább a saját valóságukat részesítik előnyben (részletek a DeSmogon). Eközben azonban a tudomány továbblépett, és őt hátrahagyta.