Die Aktivität der Sonne in den letzten 11.400 Jahren, dh bis zum Ende der letzten Eiszeit auf der Erde, wurde nun erstmals von einer internationalen Forschergruppe unter der Leitung von Sami K. Solanki vom Max-Planck quantitativ rekonstruiert Institut für Sonnensystemforschung (Katlenburg-Lindau, Deutschland). Die Wissenschaftler haben die radioaktiven Isotope in Bäumen analysiert, die vor Tausenden von Jahren lebten. Wie die Wissenschaftler aus Deutschland, Finnland und der Schweiz in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals „Nature“ vom 28. Oktober berichten, muss man über 8.000 Jahre zurückgehen, um eine Zeit zu finden, in der die Sonne im Durchschnitt so aktiv war wie in den letzten 60 Jahren. Basierend auf einer statistischen Untersuchung früherer Perioden erhöhter Sonnenaktivität sagen die Forscher voraus, dass das derzeitige Niveau hoher Sonnenaktivität wahrscheinlich nur noch einige Jahrzehnte andauern wird.
Das Forschungsteam hatte bereits 2003 Beweise dafür gefunden, dass die Sonne jetzt aktiver ist als in den letzten 1000 Jahren. Ein neuer Datensatz hat es ihnen ermöglicht, die Länge des untersuchten Zeitraums auf 11.400 Jahre zu verlängern, so dass die gesamte Zeitspanne seit der letzten Eiszeit abgedeckt werden konnte. Diese Studie zeigte, dass die aktuelle Episode hoher Sonnenaktivität seit etwa dem Jahr 1940 in den letzten 8000 Jahren einzigartig ist. Dies bedeutet, dass die Sonne mehr Sonnenflecken erzeugt hat, aber auch mehr Fackeln und Eruptionen, die riesige Gaswolken in den Weltraum werfen, als in der Vergangenheit. Der Ursprung und die Energiequelle all dieser Phänomene ist das Magnetfeld der Sonne.
Seit der Erfindung des Teleskops im frühen 17. Jahrhundert haben Astronomen regelmäßig Sonnenflecken beobachtet. Dies sind Regionen auf der Sonnenoberfläche, in denen die Energieversorgung aus dem Sonneninneren aufgrund der starken Magnetfelder, die sie beherbergen, verringert ist. Infolgedessen sind Sonnenflecken um etwa 1.500 Grad kühler und erscheinen im Vergleich zu ihrer nichtmagnetischen Umgebung bei einer Durchschnittstemperatur von 5.800 Grad dunkel. Die Anzahl der auf der Sonnenoberfläche sichtbaren Sonnenflecken variiert mit dem 11-jährigen Aktivitätszyklus der Sonne, der durch langfristige Schwankungen moduliert wird. Zum Beispiel wurden in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts fast keine Sonnenflecken gesehen.
Für viele Studien über den Ursprung der aktiven Sonne und ihre möglichen Auswirkungen auf langfristige Veränderungen des Erdklimas ist das Zeitintervall seit dem Jahr 1610, für das systematische Aufzeichnungen von Sonnenflecken existieren, viel zu kurz. Für frühere Zeiten muss das Niveau der Sonnenaktivität aus anderen Daten abgeleitet werden. Solche Informationen werden auf der Erde in Form von „kosmogenen“ Isotopen gespeichert. Dies sind radioaktive Kerne, die aus Kollisionen von Teilchen energetischer kosmischer Strahlung mit Luftmolekülen in der oberen Atmosphäre resultieren. Eines dieser Isotope ist C-14, radioaktiver Kohlenstoff mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren, der aus der C-14-Methode zur Bestimmung des Alters von Holzobjekten bekannt ist. Die Menge an produziertem C-14 hängt stark von der Anzahl der kosmischen Strahlenteilchen ab, die die Atmosphäre erreichen. Diese Zahl variiert wiederum mit dem Grad der Sonnenaktivität: In Zeiten hoher Aktivität bietet das solare Magnetfeld einen wirksamen Schutz gegen diese energetischen Teilchen, während die Intensität der kosmischen Strahlung bei geringer Aktivität zunimmt. Eine höhere Sonnenaktivität führt daher zu einer geringeren Produktionsrate von C-14 und umgekehrt.
Durch Mischprozesse in der Atmosphäre gelangt das durch kosmische Strahlung erzeugte C-14 in die Biosphäre und ein Teil davon wird in die Biomasse von Bäumen eingebaut. Einige Baumstämme können Tausende von Jahren nach ihrem Tod aus dem Boden geborgen werden, und der Gehalt an C-14, der in ihren Baumringen gespeichert ist, kann gemessen werden. Das Jahr, in dem der C-14 eingebaut wurde, wird durch Vergleich verschiedener Bäume mit überlappenden Lebensdauern bestimmt. Auf diese Weise kann man die Produktionsrate von C-14 über 11.400 Jahre hinweg bis zum Ende der letzten Eiszeit rückwärts messen. Die Forschungsgruppe hat diese Daten verwendet, um die Variation der Anzahl der Sonnenflecken in diesen 11.400 Jahren zu berechnen. Die Anzahl der Sonnenflecken ist auch ein gutes Maß für die Stärke der verschiedenen anderen Phänomene der Sonnenaktivität.
Die Methode zur Rekonstruktion der Sonnenaktivität in der Vergangenheit, die jedes Glied in der komplexen Kette beschreibt, das die Isotopenhäufigkeit mit der Sonnenfleckenzahl mit konsistenten quantitativen physikalischen Modellen verbindet, wurde getestet und gemessen, indem die historische Aufzeichnung direkt gemessener Sonnenfleckenzahlen mit früheren kürzeren verglichen wurde Rekonstruktionen auf Basis des kosmogenen Isotops Be-10 in den polaren Eisschildern. Die Modelle betreffen die Erzeugung der Isotope durch kosmische Strahlung, die Modulation des kosmischen Strahlenflusses durch das interplanetare Magnetfeld (den offenen solaren Magnetfluss) sowie die Beziehung zwischen dem großräumigen solaren Magnetfeld und der Sonnenfleckenzahl. Auf diese Weise konnte erstmals eine quantitativ zuverlässige Rekonstruktion der Sonnenfleckenzahl für die gesamte Zeit seit dem Ende der letzten Eiszeit erzielt werden.
Da die Helligkeit der Sonne mit der Sonnenaktivität leicht variiert, zeigt die neue Rekonstruktion auch, dass die Sonne heute etwas heller scheint als in den 8.000 Jahren zuvor. Ob dieser Effekt einen wesentlichen Beitrag zur globalen Erwärmung der Erde im letzten Jahrhundert hätte leisten können, ist eine offene Frage. Die Forscher um Sami K. Solanki betonen, dass die Sonnenaktivität seit etwa 1980 - abgesehen von den Schwankungen aufgrund des 11-Jahres-Zyklus - auf einem annähernd konstanten (hohen) Niveau geblieben ist, während die globale Temperatur während des Jahres stark angestiegen ist diese Zeit. Andererseits zeigen die ziemlich ähnlichen Trends der Sonnenaktivität und der Landtemperatur in den letzten Jahrhunderten (mit der bemerkenswerten Ausnahme der letzten 20 Jahre), dass die Beziehung zwischen Sonne und Klima eine Herausforderung für die weitere Forschung bleibt.
Originalquelle: Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft
