Sonne

Von Frank Bosse

Die NASA schenkte uns kürzlich wieder einen Film, bei dem es um die Sonnenaktivität geht. Diese lag im Februar so darnieder wie bereits im gesamten aktuellen Zyklus 24. Die Sonnenfleckenzahl (Sunspotnumber, SSN) betrug 38, das waren nur etwa 31% des „Normalen“, also dem Mittelwert aller bisher beobachteter Zyklen seit 1749. Grafisch sieht das so aus, wir vergleichen wie üblich mit dem Mittelwert (blau) und dem 5. Sonnenfleckenzyklus von 1798 bis 1810, dem Beginn des Dalton Minimums (SC5, hellrot):

Wir sind im 50. Monat seit Beginn des Zyklus im Dezember 2008, und auch der mittlere solare Zyklus befindet sich zu diesem Zeitpunkt bereits auf dem Abwärtspfad. Die bisherige Geschichte des SC24 illustriert auch ein Bild, das die prozentuale  Aktivität  (100%=mittlere Aktivität aller bisherigen Zyklen) zeigt:

Im Mittel sind es etwa nur 40% des Normalwertes. Die NASA beurteilt in ihrem Film die Lage so: Es wird ein zweiter Sonnenaktivitäts-Peak erwartet. Der erste im Herbst 2011 läutete die Magnetfeldumpolung des Nordpols der Sonne ein. Der prognostizierte zweite Aktivitätspeak würde die Umpolung des Südpols der Sonne vorbereiten. Der SC24 wird im Film zudem mit dem SC14 vom Anfang des 20. Jahrhunderts verglichen. Es wird behauptet, auch dieser hätte einen „double peak“-Charakter gehabt und daher hätte er große Ähnlichkeit mit der Gegenwart. Wir wollen dies einmal nachprüfen.

Es sind die Monate nach Zyklusbeginn aufgetragen und der SC14 wurde korrigiert, um die „Waldmeier- Diskontinuität“ (nach Svalgaard 2012) auszugleichen. Seine SSN-Zahlen wurden daher mit 1,2 multipliziert.

Das erste was wir sehen: Der SC14 war gar kein „double peak“ sondern eher ein „sixpack“- Typ. Mindestens einen dieser Peaks ließ der SC24 schon einmal aus. Die Gesamtaktivität des SC14 war bedeutend höher als wir es momentan sehen. Ein Vergleich der akkumulierten SSN-Anomalie spricht Bände:

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Es ist gar nicht lange her, da wollte uns der Weltlimarat ernsthaft weismachen, dass das vorindustrielle Klima vor dem menschengemachten CO2-Anstieg um 1850 langweilig und monoton gewesen wäre. Dies war die berühmt-berüchtigte Hockey Stick-Temperaturkurve. Mittlerweile ist dieser Irrtum erkannt und die Kurve wieder einkassiert worden. Selbst der ursprüngliche Autor, der Amerikaner Michael Mann, verwendet sie nicht mehr. Eine Vielzahl von Studien hat seitdem das Klima der letzten 10.000 Jahre untersucht und starke Schwankungen feststellen können, die größenordnungsmäßig mit dem Klimawandel der letzten 150 Jahre zu vergleichen sind. Dies passierte wohlgemerkt alles zu einer Zeit, als CO2-Veränderungen noch keine Rolle spielten.

Die starke natürliche Variabilität des Klimas wurde nun in einer neuen Studie aus Süditalien bestätigt, die im Dezember 2012 im Fachmagazin Climate of the Past erschienen ist. Eine internationale Forschergruppe um Sebastien Joannin von der Universität Lyon untersuchte einen Sedimentkern, den sie aus dem Trifoglietti See in Süditalien gewannen. Anhand von Pollenuntersuchungen rekonstruierten sie die klimatische Geschichte der Region für die vergangenen 11.000 Jahre. Dabei entdeckten sie charakteristische Schwankungen im Jahrhundert- und Jahrtausend-Maßstab, mit einem steten Wechsel von Trocken- und Feuchtphasen.

Die Autoren beschränkten sich in ihrer Arbeit überwiegend auf die saubere Dokumentation der süditalienischen natürlichen Klimaschwankungen. Es stellt sich natürlich die Frage, was wohl der Antrieb des wechselhaften Klimas in der Region gewesen sein könnte. Die Autoren gehen darauf in ihrer Arbeit nicht weiter ein. Ein sytematischer Vergleich mit beispielsweise der Sonnenaktivitätsentwicklung wurde nicht vorgenommen. Die Sonne wurde in vielen Studien weltweit als Ursache einer solchen Millenniums-Klimazyklik bereits nachgewiesen. Wir haben die süditalienische Klimakurve daher einmal der Sonnenaktivität gegenübergestellt (Abbildung 1). Auch wenn dies nur ein grober „Quicklook“ sein kann, wird doch deutlich, dass viele der feuchten Phasen in solare Inaktivitätsphasen wie etwa jene der Kleinen Eiszeit fallen. Und wenn die Sonne aufdrehte, wurde es offenbar in Süditalien trockener. Rote vertikale Striche in der Abbildung markieren solarstarke Phasen, blaue Striche die Solarflauten. Es würde sich also in der Tat lohnen, die Originaldaten der Studie mit der Sonnenktivität zu vergleichen.

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Von Frank Bosse

Die Sonnenfleckenzahl (SSN) laut SIDC betrug im Monat Januar 62,9, wobei rund zwei Drittel hiervon auf die Nordhemisphäre (NH) der Sonne entfielen (43,3). Die nackten Zahlen eines Monats sagen zunächst nicht viel. Im Vergleich zu einem durchschnittlichen Zyklus, aus monatlichen Mittelwerten aller detailliert beobachteter Zyklen 1-23 erzeugt (blaue Linie im folgenden Diagramm), sieht man allerdings die deutliche Abweichung des aktuellen 24. Sonnen-11 Jahreszyklus:

Im Diagramm ist ebenso der Verlauf des Sonnenzyklus (Solar Cycle – SC) SC5 dargestellt, der erste des Dalton Minimums vor 210 Jahren (hellrote, dünne Linie). Ihm ähnelt unser aktueller Zyklus Nummer 24 schon seit 10 Monaten sehr. Allein die Sonnenaktivitätsspitze im Herbst 2011 unterscheidet den SC24 vom „Flatliner“ um 1800. Gegenwärtig wird nur ca. 50% der „üblichen“ Aktivität verzeichnet. War das wahrscheinliche Maximum also bereits im November 2011 mit SSN=96,7? Vieles spricht dafür.

Es gibt immer wieder einige Tage mit höherer Aktivität, im Januar 2013 hatte manch ungeduldiger Beobachter um die Monatsmitte schon vermutet, die Sonne sei  endlich erwacht. Vom 3. bis 13. Januar war die Sonnenfleckenzahl (SSN) stets über 80, in der Spitze beobachtete man eine SSN von 107. Was danach jedoch folgte, konnte man als „Einschlafen“ bezeichnen. Für den Rest des Monats gab es eine SSN von im Mittel nur 35. Das ist sehr wenig, wenn man weiß, wie die Zahl SSN entsteht: Es werden die sichtbaren Flecken gezählt und die Regionen, in denen mehrere Sonnenflecken lokalisiert sind. Danach werden letztere mit 10 multipliziert und das Ergebnis der Summe der beobachteten Flecken hinzugeschlagen.

Machen wir ein Beispiel. Das ist das Bild der Sonne vom 2. 2. 2013:

Quelle: solen.info

Man erkennt nummerierte Flecken und Gebiete mit einem „S“ vorn angestellt. Dies sind magnetische Störungen, die keinen zählbaren Fleck produzieren konnten. Insgesamt erkennt man 14 Flecken in 4 Regionen. SSN ist dann also: 4 Regionen  entspricht 4 * 10= 40 plus 14 gezählte Flecken= 54.  Die SSN ist also nicht einfach die Anzahl der Sonnenflecken. Außerdem sieht man im Bild oben noch flächige Gebilde, als „CH…“ bezeichnet. Das sind „koronale Löcher“. Damit bezeichnet man Gebiete mit offenen Magnetfeldlinien, aus ihnen kann Sonnenmaterie bis zur Erde strömen. Das erzeugt also auch stärkeren Sonnenwind, allerdings bedeutend weniger als bei einem größeren Flare, einer Explosion auf der Sonne, hervorgerufen durch kollabierende Magnetfelder, die einen Sonnenfleck produzieren.

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Die Klimawirkung der Sonne ist in zahlreichen geologischen Fallstudien eindrucksvoll beschrieben worden. Die aktuell vom IPCC verwendeten Klimamodelle gehen jedoch davon aus, dass Aktivitätsschwankungen der Sonne kaum eine Rolle für das heutige Klima spielen. Ein wahrhaftiges Enigma.

Diese Diskrepanz ist wohl auch dem National Research Council aufgefallen, einer der vier Nationalen Akademien der USA. Sie setzte ein interdisziplinäres Kommittee ein, das der Sache auf den Grund gehen sollte. Vor kurzem legte das Gremium nun seinen Bericht vor, der den Titel trägt „Die Auswirkungen von Sonnenaktivitätsschwankungen auf das Erdklima.“ Das Dokument kann von der Natioanl Academies Press als pdf kostenlos heruntergeladen werden. Die NASA Science News berichteten am 8. Januar 2013 ausführlich über die neue Studie (Fettsetzung ergänzt):

In the galactic scheme of things, the Sun is a remarkably constant star.  While some stars exhibit dramatic pulsations, wildly yo-yoing in size and brightness, and sometimes even exploding, the luminosity of our own sun varies a measly 0.1% over the course of the 11-year solar cycle. There is, however, a dawning realization among researchers that even these apparently tiny variations can have a significant effect on terrestrial climate. A new report issued by the National Research Council (NRC), „The Effects of Solar Variability on Earth’s Climate,“ lays out some of the surprisingly complex ways that solar activity can make itself felt on our planet.

Das Gremium erkennt an, dass Sonnenaktivitätsschwankungen signifikante Klimaeffekte ausüben können. Simplistische Ansätze, wie sie gerne von Sonnenskeptikern verwendet werden, scheinen die realen Zustände nicht wiederzugeben, die offenbar viel komplexer sind als bislang gedacht:

Of particular importance is the sun’s extreme ultraviolet (EUV) radiation, which peaks during the years around solar maximum.  Within the relatively narrow band of EUV wavelengths, the sun’s output varies not by a minuscule 0.1%, but by whopping factors of 10 or more.  This can strongly affect the chemistry and thermal structure of the upper atmosphere.

Die solaren Schwankungen verändern die Bedingungen in der Stratosphäre erheblich, zum Beispiel den Ozongehalt. Die Forscher haben mittlerweile komplizierte Wirkungsketten identifiziert, durch die die Stratosphäre mit den bodennahen Luftschichten der Troposphäre gekoppelt ist. In den Klimamodellen sind diese Vorgänge selbstverständlich noch nicht ordnungsgemäß eingebaut. Derartige bislang unbekannte Verstärkerprozesse könnten die Lösung des Sonne-Klima-Enigmas sein (siehe Kapitel 6 – Solarverstärker – unseres Buches „Die kalte Sonne„). Die NASA schreibt in ihrer Meldung weiter:

Many of the mechanisms proposed at the workshop […] relied on multi-step interactions between multiple layers of atmosphere and ocean, some relying on chemistry to get their work done, others leaning on thermodynamics or fluid physics.  But just because something is complicated doesn’t mean it’s not real.

Dann zitiert die NASA eine aufsehenerregende Studie, die jeden „Sonnenleugner“ zum Nachdenken bringen sollte:

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Von Frank Bosse

Pünktlich zu Neujahr gegen Mittag erschienen die neuen offiziellen Sonnenflecken (SSN)-Zahlen des SIDC zur Sonnenaktivität des Dezembers 2012: Gesamt 40,8 wobei die Nordhalbkugel der Sonne mit SSN= 29,8 etwas aktiver war als die Südhalbkugel. Wenn wir das mit einem durchschnittlichen Zyklus (als monatliche Mittelwerte der bisherigen 23 vollendeten Zyklen, blaue Linie) vergleichen, ergibt sich dieses Bild:

Die Abweichung im 48. Monat seit Beginn des Sonnenfleckenzyklus 24 (Solar Cycle 24, SC 24) betrug -72 und damit nochmals mehr als im Vormonat, der bei -63 ( SSN= 61,4 im November 2012) lag. Die Sonne hat gegenwärtig nur etwa 1/3 ihrer „normalen“ monatlichen Aktivität bei einem Maximum. Was wir auch sehen: ein aktuelles Unterbieten der Aktivität des SC5, der der erste des „Dalton Minimums“ mit Beginn um 1800 war.

Sonnenfleckenentwicklug der vergangenen 400 Jahre. Quelle: Wikipedia.

Der detaillierte Vergleich zu den vorangegangenen solaren Zyklen:

Alle SSN-Zahlen sind nach einer Arbeit von Leif Svalgaard korrigiert, indem die historischen Werte vor 1945 mit 1,2 und vor 1880 mit 1,4 multipliziert wurden. Der rapide Absturz der Aktivität seit dem Maximum des SC23 (Mitte 2000) ist sehr deutlich. Wird die Aktivität in den kommenden Monaten nochmals sehr ansteigen? Wahrscheinlich nicht, wir haben wohl das Maximum bereits gesehen (vergleichen Sie mit der Novemberausgabe der monatlichen Sonnenkolumne), nach den monatlichen Werten war es der November 2011, mit den geglätteten SSN-Zahlen des Februar 2012.

Welche Auswirkungen kann das auf uns Erdlinge haben? Die solare Gesamtstrahlung (Total Solar Irradiance, TSI) hat sich seit 2003 kaum verändert:

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