Хенрик Свенсмарк - Леденящие звезды. Новая теория глобальных изменений климата
К концу 1997 года Фриис-Кристенсен стал директором Датского института космических исследований, позже переименованного в Датский национальный космический центр. Правительство хотело расширить сферу деятельности института, добавив к уже существующей космической астрономии исследования Солнечной системы. Среди новых направлений было также изучение Солнца и его влияния на космическую околоземную среду, магнитное поле и климат. В 1998 году Фриис-Кристенсен пригласил Свенсмарка и Найджела Марша присоединиться к сотрудникам Института космических исследований.
«Международный спутниковый проект облачной климатологии» опубликовал очередную серию данных за период с июля 1983-го по сентябрь 1994 года. В своей новой лаборатории Марш и Свенсмарк всевозможными способами анализировали эти данные, соотнося их с высотой и географическими координатами облаков. Они изучали, какие изменения происходили с низкими, средними и высокими облаками в определенном регионе в течение месяца, и сравнивали полученные результаты с данными из Клаймакса о космических лучах. Работа поглощала все их время и была очень напряженной. К 2000 году они смогли сделать четкий вывод: «Удивительно, но сильнее всего солнечное воздействие заметно на низких облаках»[30].
Кривые вариаций в облачном покрове на различных высотах (сплошные линии) наложены на кривые вариаций в подсчетах космических лучей (пунктирные линии), сделанных на станции в Клаймаксе. На графике, относящемся к большим высотам, эти линии не совпадают, а вот что касается малых высот, там видно четкое соответствие между потоками космических частиц и низкоуровневыми облаками. (Графики Н. Марша и X. Свенсмарка)Другими словами, это облака, располагающиеся не выше 3000 метров над землей, где меньше всего заряженных частиц, — именно такие облака реагируют на ослабление или усиление потока космических лучей. Вспомним эксперимент НАСА «Радиационный баланс Земли», который еще ранее показал, что как раз низкие облака ответственны за 60 процентов общего охлаждения нашей планеты, вызываемого облачным покровом. Таким образом, признание ведущей роли низких облаков стало важным ключом для расследования связей между космическими лучами и климатом. Для нашего исследования в первую очередь важна интенсивность высокоэнергетических космических лучей, потому что они единственные способны достигать нижних слоев атмосферы.
Статистика показывает: сочетаемость низких облаков и космических лучей, в среднем по годам, набирает 92 очка из 100 возможных — по нормам климатической науки это очень хорошая корреляция. А вот облака на средних и больших высотах против всех ожиданий, кажется, совершенно безразличны к вариациям космических лучей. Наверное, это происходит потому, что на большой высоте заряженные частицы всегда в избытке, зато внизу они достаточно редки, поэтому их вариации более заметны — так же как дождь будет более впечатляющим в пустыне, а не в тропическом лесу. Более того, высотные облака состоят из кристалликов льда, а не жидкой воды, и механизм их формирования может быть совсем иным.
По спутниковым картам видно, что на больших участках Тихого и Индийского океанов и в той области Северной Атлантики, которая лежит между Гренландией и Скандинавией, связь между космическими лучами и низким облачным покровом проявляется особенно сильно. А когда Марш и Свенсмарк включили в свой анализ температуры верхушек облаков, получился еще более наглядный географический рисунок. Стало ясно, что зона, где поведение облаков послушно следует вариациям космических лучей, опоясывает весь земной шар, а ее центральная часть приходится на тропики. Эта зависимость отчетливо прослеживается на огромной территории, охватывающей почти треть поверхности Земли.
Когда поступает больше заряженных частиц, верхушки нижних облаков становятся теплее и, следовательно, излучают больше тепла в космос, усиливая охлаждающий эффект.
Почему температуры вершин облаков должны отвечать на это звездное воздействие? Как предположили Марш и Свенсмарк, наиболее вероятная причина в том, что в воздухе там образуется больше крохотных «точек», на которых могут конденсироваться капли воды. Облака становятся более мглистыми, это верно: хотя сами капельки совсем маленькие, их количество возрастает, — однако в итоге конденсированной влаги образуется все же меньше, и, таким образом, облака получаются более прозрачными для тепла, идущего от Земли. Как сейчас можно видеть со спутников, по меньшей мере две трети облаков над океанами ведут себя таким странным образом.
Подобный же эффект наблюдается в цепочках «облаков», оставляемых идущими в море кораблями. В 1987 году это подтвердил исследовательский самолет университета штата Вашингтон, который пролетел через такие облака, образованные трубами двух океанских судов. Со спутника эти белые штрихи выглядят как инверсионные следы самолетов. На самом же деле клубы отработавших газов находятся намного ниже; они выглядят светлыми полосками — более яркими, чем соседствующие с ними облака, — которые возникают там, где выхлоп корабельных труб подпитывает воздух мельчайшими «точками» — продуктами горения топлива.
Когда образование таких «точек», подстегнутое космическими лучами, происходит в естественных условиях, это может вызвать потепление верхушек нижних облаков по всей Земле. Те коллеги, которые сочувственно отнеслись к гипотезе о космических лучах, предположили, что в нижние слои атмосферы эти «точки» приносят нисходящие потоки воздуха, а сами частички формируются на больших высотах. Однако Свенсмарк и Марш не согласились: они были уверены, что само образование «точек» должно осуществляться в нижних слоях атмосферы — под воздействием тех относительно малочисленных космических лучей, которые сюда проникли. Следующая глава рассказывает, как Свенсмарк разработал лабораторный эксперимент, чтобы проверить это предположение.
Когда Солнце становится активнееЕсли бы облачность просто росла и падала каждые одиннадцать лет или около того, в ритме магнитной активности Солнца, регулирующей космические лучи, в целом результат бы выровнялся, и мы не заметили бы сколько-нибудь продолжительного влияния на климат. Но за последние сто лет средняя интенсивность космических лучей заметно упала, что повлекло за собой сокращение облачного покрова и потепление Земли.
На температурных графиках хорошо видно, что в течение двадцатого века средняя мировая температура постепенно увеличивалась и в целом выросла на 0,6 градуса. Около половины этого потепления пришлось на период до 1945 года, когда Солнце увеличивало свою активность, а количество заряженных частиц уменьшалось. Интервал с 1960-го по начало 1970-х — это годы заметного похолодания, которое четко совпало с временным ослаблением магнитного поля Солнца и возросшим количеством космических заряженных частиц. Между 1975-м и 1990 годами солнечная активность вновь стала набирать обороты, интенсивность космических лучей уменьшилась, и потепление вернулось. Именно тогда беспокойство, вызванное приростом углекислого газа в атмосфере, достигло кульминации, и была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата.
Систематическое измерение потоков космических лучей началось только с 1937 года. Однако нашлись другие возможности, позволившие узнать, как вели себя космические лучи до этого момента, и, следовательно, оценить то влияние, которое они оказывали на климат на протяжении всего двадцатого века. В 1999 году Майк Локвуд и его группа из лаборатории Резерфорда — Эплтона, расположенной неподалеку от Оксфорда, сделали интересное открытие. За двадцатый век магнитное поле Солнца более чем в два раза увеличило свою силу в межпланетном пространстве. Следовательно, общие изменения в космосе довольно хорошо совпадают с колебаниями температур на Земле.
Локвуд рассказал, что к этой мысли ему помогло прийти открытие, сделанное с помощью европейско-американского космического аппарата «Улисс»: ученые убедились, что магнитное поле Солнца действует с одинаковой силой во всех направлениях. «Такого никто не ожидал, но это означает, что мы можем использовать исторические данные, имеющиеся на одном лишь объекте — планете Земля, — чтобы делать выводы об удивительных изменениях, происходящих с самим Солнцем»[31].
Под историческими данными имеются в виду результаты измерений геомагнитного поля, произведенных на поверхности Земли (так называемый аа-индекс), — иначе говоря, сведения о магнитных бурях, — а эти бури, в свою очередь, связаны с напряженностью магнитного поля Солнца, преобладавшей в тот или иной период. «Улисс» зафиксировал, что начиная с 1964 года напряженность солнечного магнитного поля возросла на 40 процентов. Но по расчетам Локвуда выходило, что в начале XX века рост солнечной активности был еще больше, и, таким образом, в общей сложности магнитная активность Солнца с 1901 по 1995 год увеличилась на 131 процент. Это означает, что в 1995 году сила солнечного магнитного поля была в 2,3 раза выше, чем в 1901-м.
