Solen förser oss på ett par sekunder med lika mycket energi som vi själva producerar under ett helt år. Denna energi driver både väder och klimat. Frågan är vilken roll variationer i solstrålningen spelar i klimatsystemet? Detta är en fråga som inte är okontroversiell. Häng med på en resa in i såväl solens historiska påverkan som vad vi kan vänta oss framöver!

Solen lyser starkare men jorden har blivit kallare
Solen ligger ungefär 8 ljusminuter från jorden och förser oss med c:a 1370 watt per kvadratmeter strax utanför jordens atmosfär. De senaste drygt 4 miljarder åren har solen sakta men säkert blivit varmare och modellstudier visar på att solstrålningen ökat med 20-30% under denna period. Samtidigt har jorden med stor sannolikhet blivit minst 5 grader kallare de senaste 50 miljoner åren, vilket kan tyckas märkligt. Under denna period har dock jorden gått från ett tillstånd med hög geologisk aktivitet med en atmosfär med hög koncentration av växthusgaser.

Solen är full av kaotiska processer och långt från en konstant lysande lampa. Ibland ställer den till med riktiga rymdoväder.

Solen ingen konstant lysande lampa
Trots att vi upplever att solen är densamma från en dag till en annan, präglas solen av kaotiska processer som till och från ställer till med riktiga rymdoväder. Dessa kan uppträda när som helst men förekommer extra ofta när solaktiviteten är stor. Och denna aktivitet är särskilt stor med 11-års-intervaller, då antalet solfläckar är som störst. Då ökar solstrålningen något, vilket kan tyckas motsägelsefullt med tanke på att solen då får kalla mörka fläckar. Men faktum är att mer energi strömmar från solens polartrakter och från ljusa ringar runt solfläckarna.

Solfläckarnas betydelse för jordens medeltemperatur är marginell
De första satellitmätningarna av solstrålningen inleddes 1978 och har sedan dess visat att solstrålningen varierar med c:a 0,15% mellan solfläcksmaximum och minimum. Studier av dessa variationer i klimatmodeller ger vid handen att temperaturen skulle kunna variera med 0,2 grader om avvikelsen bestod under en längre period. I verkligheten är dock klimatsystemet så trögt att full jämvikt inte hinner uppnås. Istället uppgår temperaturvariationen till högst 0,1 grader Celsius. Några forskare menar att de funnit 11-års-cykler i jordens medeltemperatur, men statistiska metoder har inte funnit stöd för några sådana samband. Detta gör att det är mycket svårt att skilja solens påverkan från de naturliga variationerna i jordens klimat, som t.ex. El Niño. Solfläckar var kända också före 1978, men då studerades de med teleskop, och det finns nästan 500 år med solfläcksdata. Dessa visar att 11-års-cykeln har varit ett tydligt fenomen under en stor del av perioden, även om det bara i medeltal handlar om en 11-årscykel.

Solfläckar uppträder med jämna mellanrum och ökar solstrålningen. Dessa perioder brukar vara problematiska för våra satelliter.

Solen är full av intern variabilitet
Men det är inte bara 11-årscykeln som styr antalet solfläckar. Överlagrat finns andra cykler i solens aktivitet, av vilka en 80-90-års cykel modulerar antalet solfläckar. Under det som kom att kallas för lilla istiden med ovanligt stränga vintrar var samtidigt solaktiviteten mycket låg, med knappt några solfläckar överhuvudtaget. Denna period kallas för Maunder minimum och varade mellan 1645 och 1715. Då frös bl.a. Stora Bält och Karl X Gustav kunde tåga över med sin armé 1658.

Kopplingen mellan solen och jordens klimat omtvistad
Den direkta kopplingen mellan solaktiviteten och jordens klimat är dock omtvistad. Trädringsstudier har visat att solstrålningen varit svagare under perioder med liten solaktivitet och minskningen uppskattas till 0,25%. Simuleringar av sådana förhållanden i klimatmodeller tyder på att temperaturen skulle kunna vara drygt 0,2 grader lägre under dessa förutsättningar. Det har dock visat sig att korrelationen mellan solfläckar och klimatet, som tycks vara övertygande under vissa perioder, istället varit svagare eller t.o.m. helt motsatt under vissa perioder. Något enkelt samband går alltså inte att utläsa. Det finns även tecken på fler cykler i solens strålning, men dessa är svåra att uttyda i de geologiska arkiven och fysiken bakom är inte heller helt lätt att bena ut.

Solvinden skyddar oss mot kosmisk strålning, men det är ändå jordens eget magnetfält, magnetosfären, som skyddar oss mot den värsta, rent av livsfarliga, rymdmiljön.

Kan kosmisk strålning påverka klimatet?
På senare tid har forskningen varit mer inriktad på att studera kopplingen mellan kosmisk strålning, molnbildning och jordens temperatur. Den kosmiska strålningen påverkas nämligen av solaktiviteten på så sätt att flödet av laddade partiklar från solen ökar när aktiviteten är hög tillsammans med ett magnetfält som stöter bort kosmiska partiklar. Därmed hindras dessa från att nå ner till jorden dit de annars kan nå ner eftersom jordens magnetfält går ner i backen vid polerna. Den kosmiska strålningen varierar beroende på solens och jordens magnetfält liksom på var vi befinner oss i Vintergatan. Dessa kosmiska partiklar tros hänga ihop med molnbildning. Enligt Jasper Kirkby, forskare vid CERN, kan den kosmiska strålningen dock inte förklara de senaste 50 årens uppvärmning eftersom strålningen inte varierat speciellt mycket under denna period.

Andra astronomiska faktorer spelar en stor roll
Förutom solens interna dynamik så finns det andra astronomiska faktorer som har en desto större påverkan på jordens klimat. Dessa har att göra med jordens bana runt solen, som inte heller den är oföränderlig. Det finns tre saker i banan som förändras med tiden och dessa brukar benämnas Milankovitch-mekanismerna. Den första handlar om jordbanans s.k. eccentricitet, d.v.s. hur pass cirkulär eller elliptisk banan är. Denna varierar över 100 000-års-intervall och gör att säsongsvariationen i solstrålningen kan vara ända upp mot 30% mellan det mer cirkulära och mer elliptiska fallet.

De s.k. Milankovitch-mekanismerna gör att solinstrålningen varierar i tid och rum. Men dessa variationer sker över perioder om många tusentals år.

Förutom denna variation så ändras också jordaxelns lutning med tiden, bl.a. beroende på planeternas dragningskraft. Skillnaden i lutning uppgår till drygt 2,5 grader i cykler om 41 000 år. Denna effekt märks mest vid polerna och kan förstärkas av den tredje mekanismen som handlar om när jorden och solen är närmast varandra. I dagsläget är jorden som närmast solen i början av januari, vilket gör att solstrålningen är större på södra halvklotets sommar än under norra halvklotets sommar (c:a 3,5%). Solen är nämligen som längst från jorden i början av juli. Också dessa datum förskjuts med tiden under perioder om c:a 23 000 år, främst till följd av Jupiters dragningskraft.

Jorden har blivit kallare: tills nu
Det kan vara viktigt att känna till att Milankovitch-mekanismerna inte påverkar den totala solinstrålningen under ett år, bara dess säsongsmässiga och geografiska fördelning. Detta kan samverka med uppkommandet av istider, även om det inte går att förklara dessa enbart utifrån dessa astronomiska faktorer. De senaste tusentals åren har t.ex. temperaturen vid höga latituder sjunkit ett par grader till följd av jordaxelns lutning och förskjutning av datumet för när jorden är som närmast solen. För jorden som helhet har temperaturen sjunkit c:a 1 grad de senaste 5000 åren, och c:a 0,2 grader de senaste 1000 åren. Det vi nu ser är en snabb ökning av jordens medeltemperatur vilken knappast kan förklaras av astronomiska faktorer. Det är möjligt att solen spelar en hittills okänd roll i uppvärmningen men det är mycket sannolikt att det är människan som nu har blivit en nyckelfaktor i uppvärmningen. Detta framstod särskilt tydligt i och med offentliggörandet av FN:s klimatpanels, IPCC, senaste rapport.

Publicerad av Andreas Vallgren