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08 De enero de 2013: En el esquema galáctico de las cosas, el Sol es una estrella muy constante. Mientras que algunas estrellas presentan pulsaciones dramáticas, salvajemente "yo-yoing" en tamaño y brillo y a veces incluso explosión, la luminosidad de nuestro propio Sol varía un miserable 0,1% a lo largo del ciclo solar de 11 años.
Sin embargo, es una realización radical entre los investigadores que incluso estas variaciones aparentemente pequeñas pueden tener un efecto significativo en el clima terrestre. Un nuevo informe publicado por el National Research Council (NRC), "Los efectos de la variabilidad Solar sobre el clima de la tierra," expone algunas de las formas sorprendentemente complejas que puede hacer la actividad solar sentir en nuestro planeta.
Estas seis imágenes extremas de UV del sol, tomadas por el Observatorio de dinámica Solar de la NASA, da una pista del aumento del nivel de actividad solar como el Sol asciende hacia el pico del último ciclo solar de 11 años.
Comprensión de la conexión de Sol-Clima requiere una amplitud de conocimientos en campos como la Física del Plasma, Actividad Solar, la Química Atmosférica y Dinámica de Fluidos, Física de Partículas Energéticas e Historia Incluso Terrestre. Ningún investigador solo tiene toda la gama de conocimientos necesarios para resolver el problema. Para avanzar, la NRC se tuvo que montar decenas de expertos en diversos campos en un solo taller. El informe y resume de sus esfuerzos combinados para encuadrar el problema en un contexto verdaderamente multidisciplinario.
Uno de los participantes, Greg Kopp del laboratorio para Atmosférica y Física Espacial de la Universidad de Colorado, señaló que mientras las variaciones de luminosidad sobre la cantidad de ciclo solar de 11 años a sólo un décimo de un por ciento de la producción total del Sol, una fracción es todavía importante. "Variaciones típicas incluso a corto plazo de 0,1% en la irradiancia incidente superan todas las otras fuentes de energía (como la radiactividad natural en el centro de la Tierra) combinados", dice.
De particular importancia es la radiación del Sol ultravioleta extremo (EUV), que tiene picos durante los años alrededor de Máximo Solar. Dentro de la banda relativamente estrecha de longitudes de onda EUV, salida del Sol varía no por un minúsculo 0,1%, pero por factores de la friolera de 10 o más. Esto puede afectar fuertemente a la química y la estructura térmica de la atmósfera superior.
Varios investigadores examinaron cómo los cambios en la atmósfera superior pueden filtrarse hasta la superficie de la Tierra. Hay muchas vías de "top-down" por la influencia del Sol. Por ejemplo, Charles Jackman del centro de vuelo espacial Goddard describe cómo los óxidos de nitrógeno (NOx) creados por partículas energéticas solares y los rayos cósmicos en la estratosfera podría reducir los niveles de ozono en un pequeño porcentaje. Porque el ozono absorbe la radiación UV, menos ozono significa que más de los Rayos Ultravioleta del Sol lleguen a la superficie de la Tierra.
Isaac Held de NOAA fue un paso más allá. Describió cómo la pérdida de ozono en la estratosfera podría alterar la dinámica de la atmósfera por debajo de ella. "El enfriamiento de la estratósfera polar asociada con la pérdida de ozono aumenta el gradiente horizontal de temperatura cerca de la tropopausa", explica. "Esto altera el flujo del momento angular por latitudes remolinos. [Momento Angular es importante porque] el presupuesto de momento angular de la troposfera controla los vientos de superficie del oeste. " En otras palabras, la Actividad Solar en la atmósfera superior puede, a través de una complicada serie de influencias, empuje pistas de superficie de tormenta por supuesto.
Muchos de los mecanismos propuestos en el taller tenían una calidad de Rube Goldberg. Dependían de pasos múltiples e interacciones entre múltiples capas de la atmósfera y océano, algunos dependen de la química para hacer su trabajo, otros apoyándose en la Termodinámica o Física de Fluidos. Pero sólo porque algo es complicado no significa que no es real.
De hecho, Gerald Meehl del Centro Nacional para la investigación atmosférica (NCAR) presenta evidencia convincente de que la variabilidad solar está dejando una huella sobre el cambio climático, especialmente en el Pacífico. Según el informe, cuando los investigadores miran datos de temperatura superficial del mar durante los años pico de manchas solares, el Pacífico tropical muestra un patrón similar a La Niña pronunciado, con un enfriamiento de casi 10 C en el Pacífico ecuatorial oriental. Además, "hay signos de mayor precipitación en el Pacífico ZCIT (zona de convergencia intertropical) y SPCZ (zona de convergencia del Pacífico Sur), así como presión a nivel del mar por encima de lo normal en las latitud norte y Pacífico del Sur," correlacionados con picos en el ciclo de manchas solares.
Las señales del ciclo solar son tan fuertes en el Pacífico, que Meehl y colegas han comenzado a preguntarse si algo en el clima del oceano Pacífico y su sistema actúa para amplificarlos. "Uno de los misterios sobre el sistema climático terrestre... es cómo las relativamente pequeñas fluctuaciones del Ciclo Solar de 11 años pueden producir la magnitud de las señales del clima observado en el Pacífico tropical." Utilizando modelos de superordenador del clima, muestran que se requieren mecanismos no sólo "top-down" sino también "bottom-up" que implican las interacciones atmósfera-océano para amplificar el forzamiento solar en la superficie del Pacífico.
Compuesto promedio para diciembre-enero-febrero de años solares de pico. FUENTE: G.A. Meehl, J.M. Arblaster, K. Matthes, Sassi F. y H. van Loon, amplificando la respuesta del sistema climático del Pacífico a un ciclo solar de pequeña de 11 años forzando, ciencia 325:1114-1118, 2009; Reimpreso con permiso de la AAAS.
En los últimos años, los investigadores han considerado la posibilidad de que el Sol juega un papel en el calentamiento global. Después de todo, el Sol es la principal fuente de calor para nuestro planeta. Sin embargo, el informe del NRC sugiere que la influencia de la variabilidad solar es más regional que global. La región del Pacífico es sólo un ejemplo.
Caspar Amman de NCAR señalada en el informe que "cuando se altera el equilibrio radiativo de la Tierra, como en el caso de un cambio en el ciclo solar de forzamiento, no todos los lugares se ven afectados por igual. El Pacífico central Ecuatorial es generalmente más frío, se reduce el escurrimiento de los ríos en el Perú y condiciones más secas afectan a los Estados Unidos Occidental".
Raymond Bradley de UMass, quien ha estudiado los registros históricos de actividad solar impresa por radioisótopos en los anillos de los árboles y los núcleos de hielo, dice que la precipitación regional parece ser más afectada que la temperatura. "Si existe un efecto solar sobre el clima, se manifiesta por cambios en la circulación general en lugar de una señal de temperatura directa". Esto encaja con la conclusión de la IPCC y NRC anterior informes que la variabilidad solar no es la causa del calentamiento global en los últimos 50 años.
Mucho se ha hablado de la probable conexión entre el mínimo de Maunder, un déficit de 70 años de las manchas solares a finales del siglo XVII y principios del XVIII y la parte más fría de la pequeña edad de hielo, durante la cual Europa y América del norte fueron sometidos a inviernos amargamente. El mecanismo para que el enfriamiento regional podría haber sido una caída en la producción EUV del Sol; Sin embargo, esto es especulativo.
El año un promedio de número de manchas solares durante un período de 400 años (1610-2010). FUENTE: Cortesía de la NASA Marshall Space Flight Center.
Dan Lubin de la institución Scripps de Oceanografía señaló el valor de mirar de estrellas similares al Sol en otras partes de la Vía Láctea para determinar la frecuencia de mínimos grandes similares. "Primeras estimaciones de gran frecuencia mínima en estrellas de tipo solar entre 10% y 30%, lo que implica la influencia del Sol pueden ser abrumadora. Estudios más recientes utilizando los datos de Hipparcos (un satélite de astrometría de la Agencia Espacial Europea) y contabilidad correctamente para la metalicidad de las estrellas, coloque la estimación en el rango de menos de 3%." Esto no es un número grande, pero es significativo.
De hecho, el Sol podría estar en el umbral de un mini-Maunder evento ahora. El Ciclo Solar 24 es el más débil en más de 50 años. Por otra parte, existen evidencias (polémica) de una tendencia de debilitamiento a largo plazo en la intensidad del campo magnético de las manchas solares. Matt Penn y William Livingston del Observatorio Solar nacional predicen que cuando llega el Cilo Solar 25, el campos magnéticos del Sol será tan débiles que se formarán manchas solares pocas o ninguna. Líneas independientes de investigación de heliosismología y superficies, campos polares tienden a apoyar su conclusión. (Nota: Penn y Livingston no eran de los participantes en el taller de NRC.)
"Si realmente el Sol está entrando en una fase desconocida del ciclo solar, entonces debemos redoblar nuestros esfuerzos para comprender el vínculo de sol-clima," observa Lika Guhathakurta de vida de la NASA con un programa de la estrella, que ayudó a financiar el estudio de la NRC. "El informe ofrece algunas buenas ideas de cómo empezar".
En una mesa redonda final, los investigadores identificaron un número de pasos posibles. La principal de ellas fue el despliegue de un toner radiométrico. Dispositivos usados actualmente para medir la irradiancia solar total (ETI) reducen el Sol todo a un solo número: la luminosidad total sumada en todas las latitudes, longitudes y longitudes de onda. Este valor integrado se convierte en un solitario punto en una serie de tiempo, seguimiento de la salida del Sol.
De hecho, como Peter Foukal de Heliofísica, Inc., ha señalado, la situación es más compleja. El Sol no es una bola sin rasgos de luminosidad uniforme. En cambio, el disco solar es salpicado por los núcleos oscuros de las manchas solares y salpicado de brillante espuma magnética conocida como fáculas. Imágenes radiométricas que, esencialmente, toman el mapa de la superficie del Sol y revelar las contribuciones de cada uno a la luminosidad del Sol. De particular interés son las fáculas. Mientras que las manchas oscuras tienden a desaparecer durante mínimos solares, las fáculas brillantes no. Esto puede ser por qué registros paleoclimáticos sensibles al Sol, isótopos C-14 y 10 muestran un débil ciclo de 11 años en el trabajo incluso durante el mínimo de Maunder. Un toner radiométrico, implementado en algunos observatorio espaciales futuros, permitiría a los investigadores a desarrollar la comprensión que necesitan proyectar el enlace de Sol-Clima en un futuro de spotlessness prolongado.
Algunos asistentes destacaron la necesidad de poner datos de Sol-Clima en formatos estándar y que estén ampliamente disponibles para el estudio multidisciplinario. Porque los mecanismos de influencia del Sol sobre el clima son complicados, investigadores de muchos campos tendrán que trabajar juntos para los modelos y comparar los resultados de la competencia con éxito. Una mejora continua en la colaboración entre la NASA, la NOAA y la NSF son claves para este proceso.
Hal Maring, un científico del clima en la sede de la NASA que ha estudiado el informe, señala que "muchas posibilidades interesantes fueron sugeridass por los panelistas. Sin embargo, pocos, si alguno, han cuantificado hasta el punto que definitivamente podemos evaluar su impacto sobre el cambio climático." El endurecimiento de las posibilidades en concreto, modelos físicamente-completo es un desafío clave para los investigadores.
Por último, muchos participantes señalaron la dificultad para descifrar el enlace Sol-Clima de paleoclima expedientes tales como los anillos de los árboles y los núcleos de hielo. Las variaciones de campo magnético de la Tierra y la circulación atmosférica pueden afectar a la deposición de radioisótopos mucho más que la propia actividad Solar. Un registro mejor a largo plazo de la radiación del Sol podría ser codificado en las rocas y sedimentos de la Luna o Marte. Estudiar otros mundos podría tener la clave para el nuestro propio.
Author: Dr.
Tony Phillips |Production editor: Dr. Tony Phillips | Credit: Science@NASA
Traducción: El Quelonio Volador
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