Solmysteriet  

De manglende solpletter skaber øget forståelse

Fraværet af pletter på Solens overflade kan være en medvirkende faktor til de øgede strømninger i stjernens indre. (Foto: Det svenske solteleskop på La Palma)

Strømningerne i Solens indre, kaldet 'the meridional circulation' eller 'the grat conveyor belt', er for tiden er langt hurtigere end normalt

Det har jeg tidligere beskrevet her på bloggen.

Nu er Robert Cameron og Manfred Schüssler fra Max Planck Instituttet for solfysik kommet med en teoretisk forklaring på dette.

Strømninger i Solens indre

Strømningerne, der skyldes Solens rotation, transporterer materiale fra Solens ækvator mod polerne nær overfladen.

Disse strømninger er fundamentale for en lang række af de dynamo-modeller vi bruger til at forklare Solens cyklus med.

Der har længe være spekuleret i, at ændringer i disse strømninger kunne føre til ændringer i styrken og specielt længden af Solens cyklus.

Det vakte derfor stor interesse, da to artikler i starten af i år kunne præsentere målinger af strømningerne i Solens indre, der netop viste, at strømningerne har ændret sig i takt med de manglende pletter på Solens overflade (se igen min tidligere beskrivelse af dette).

Det virkede sandsynligt, at det måtte være de målte ændringer i Solens strømninger, der havde ført til de manglende pletter på Solens overflade. Og dog ...

Hønen og ægget

Strømningerne i Solens indre er tæt forbunden med Solens rotation og Solens dynamo. Ændrer den ene sig markant, vil de andre med stor sandsynlighed også ændre sig. Det er med andre ord spørgsmålet om hønen og ægget. Hvad kom først og hvad fører til hvad?

Robert og Manfred har ikke afgjort spørgsmålet om hønen og ægget. De har i stedet vist, at de målte ændringer i strømningerne i Solens indre ikke er udtryk for, at de store globale strømninger i Solens indre har ændret sig.

I stedet er ændringer udtryk for, at pletterne på Solens overflade ændrer strømningerne lokalt omkring solpletterne. Når der således over en længere periode, som den vi har oplevet de sidste par år, stort set ingen pletter er på Solens overflade, så mangler Solen så at sige disse lokale ændringer i strømningerne.

Lokale ændringer mangler

Altså: De målinger af ændringer i strømningerne i Solens indre, der kom frem tidligere i år, er ikke udtryk for, at de globale strømninger i Solens indre har ændret sig, med medfølgende ændringer i længden af Solens cyklus til følge.

De målte ændringer er udtryk for, at de manglende pletter på Solens overflade har ført til, at strømningerne ikke oplever de lokale ændringer omkring solpletterne, som strømningerne gør under normal solaktivitet.

Vi mangler stadig en forklaring

Tilbage står vi nu, uden en fysisk forståelse af mekanismen bag de manglende pletter på Solens overflade. Et af de mest åbne spørgsmål lige nu er, om de manglende pletter på Solens overflade skyldes, at styrken af Solens cyklus er faldet eller at perioden er blevet forlænget.

Begge dele ville kunne forklare det lave antal pletter på Solens overflade de sidste par år. Men forskerne skændes i disse måneder indbyrdes om, hvorvidt det er styrken eller perioden der er ændret.

Reference og links
Cameron og Schüsslers videnskabelige artikel Max Planck Instituttet for solfysiks hjemmeside Christoffer Karoffs hjemmeside Læs også på Videnskab.dk: Forsinkelse i solcyklus forklares NASA frygter at Solen bliver endnu mere aktiv Solen sover rævesøvn Solen har netop taget hul på en ny cyklus Solen på slingrekurs

Tidsskriftet Nature boykotter solfysik!

Artikler, der omhandler solfysik bliver ikke citeret, derfor boykottede Nature emnet. (Foto:arkiv)

Der findes en række lister over de bedste universiteter i verden, der gøres op årligt.

En af de mest brugte og anerkendte af disse hitlister er 'Academic Ranking of World Universities', ARWU. 

ARWU baserer sig hovedsageligt på, hvor mange Nobelprismodtagere et givent universitet har.

Derudover også, hvor mange artikler forskerne på universitetet publicerer i tidsskrifterne Science og Nature.

Det sidste kan være endog meget uheldigt, da det for nyligt har vist sig, at Nature ikke alene vurderer om en artikel er værdig til publicering ud fra artiklens videnskabelige indhold. Nature baserer i høj grad også sin vurdering på, hvorvidt det emne, som artiklen beskæftiger sig med, er 'hot'.

Publikationer og citationer

I løbet af de sidste par år har jeg talt med flere, der har sendt artikler ind til Nature og fået dem tilbage med et standardsvar om, at godt nok var den indsendte artikel af et meget høj videnskabeligt kvalitet, men fordi artiklen omhandlede solfysik, kunne Nature ikke publicere artiklen.

Dette skyldes, at Nature havde lavet en undersøgelse af, hvilke artikler i tidsskriftet, der blev citeret flest gange i andre tidskrifter. Og her havde Nature fundet, at artikler, der beskæftiger sig med solfysik kun blev citeret en tiendedel af de gange, andre astronomiske artikler blev citeret.

Hvorfor er det overhovedet vigtigt at publicere artikler i Nature? Og hvorfor er det vigtigt, hvor mange gange en artikel bliver citeret? Det er vigtigt, fordi det i større og større omfang blive brugt til at vurdere, hvor gode forskellige forskere og altså også universiteter er.

Hvis man som forsker således skal søge et arbejde eller penge fra en fond, så er det nok vigtigste kriterium for, om ens ansøgning bliver imødekommet, hvor mange artikler man har publiceret og hvor mange gange disse artikler er blevet citeret af andre forskere.

Hotte fagområder

Der kan være mange argumenter for og imod at bruge antal artikler og citationer til at bedømme forskere med. Argumenterne for er:

• det er relativt let at gøre op
  
  
• det kan gøres af ikke-fagkyndige personer
  
  
• bedømmelsen kan gives som et enkelt tal.

Problemet er, at en bedømmelse baseret på antal publikationer og citationer kan komme til at vægte hotte fagområder uhensigtsmæssigt højt. Et eksempel på dette er netop den behandling, som artikler, der beskæftiger sig med solfysik, har fået af Nature de sidste par år. Og der er mere l denne historie.

Videnskabelig lobbyarbejde

For et par måneder siden oprettede Hector Socas Navarro fra Tenerife en Facebookside, der skulle informere omverdenen om Natures politik. Facebooksiden var centeret om en art manifest, der skulle gøre ansættelses- og bedømmelseskomiteer og -paneler opmærksomme på Natures politik og anbefale dem ikke at bruge artikler fra Nature i bedømmelser af forsker.

Manifestet er underskrevet af en lang række internationale forskere. En af de allermest anerkende solfysikere, Sami Solanki, som er leder af Max Planck-instituttet for solforskning i Lindau, har dog ikke skrevet under.

Sami kunne ikke forstå, at solfysik ikke skulle være et hot fagområde, og satte sig derfor for at undersøge, om Nature virkelig havde ret, når de sagde, at artikler, der beskæftigede sig med solfysik, kun blev citeret en tiendedel af de gange som andre astronomiske artikler blev citeret.

Fejlen blev rettet

Det viste sig, at Nature ikke havde ret! Artikler, der beskæftiger sig med solfysik, tager ofte lidt længere tid at få rigtig mange citationer. Men efter et par år var der ikke nogen nævneværdig forskel på antallet af citationer til artikler, der beskæftiger sig med solfysik, og andre astronomiske artikler.

Sami tog derefter kontakt til Nature, overbeviste dem om, at de havde taget fejl og fik dem til at ændre deres politik. Nature gør nu ikke forskel på artikler, der omhandler solfysik, og andre astronomiske artikler.

Skaden er sket

Men meget af skaden er selvfølgelig sket. Natures troværdighed har i manges øjne (inklusiv mine) lidt et knæk på grund af denne sag. Hvilke andre fagområder er blacklistet af Nature?

Solfysik har som fagområde en relativ stor offentlig interesse. Mange andre fagområder er ikke så heldige. Mange andre fagområder har ikke en Sami, der kan gå ind at tale deres sag.

Forskere, der beskæftiger sig med disse fagområder, vil i mange bedømmelseskomiteer være ringere stillet end forskere i 'hotte' fagområder. Og de universiteter, som disse forsker er ansat på, vil opnå en lavere rangering i Academic Ranking of World Universities.

Løkke valgte rigtigt

For et lille år siden proklamerede statsminister Lars Løkke Rasmussen, at Danmark om 10 år skulle have mindst ét universitet, der var blandt de 10 bedste i Europa.

Heldigvis, kan man sig, valgte Lars Løkke Rasmussen ikke at foreslå Academic Ranking of World Universities til at vurdere kvaliteten af de danske universiteter med. I stedet foreslog han den anden af de to mest anerkendte hitlister, The Times Higher Education World University Rankings, der i mindre grad baserer sig på antal artikler publiceret i Science og Nature.

Hvad er løsningen?

Løsningen er, i mindre grad at basere bedømmelser af forskere på antal videnskabelige artikler i Science og Nature, og i større grad basere disse bedømmelser på sund fornuft. Med sund fornuft mener jeg, at en person med indsigt i fagområder bedømmer vigtigheden og kvaliteten af en forskers arbejde.

En sådan bedømmelse er selvfølgelig noget mere omfattende end bare et tal. Men den er på ingen måde umulig. Det er faktisk mit indtryk, at det er på den måde, der bliver lavet bedømmelser langt de fleste steder i Danmark. Og tak for det.

Jeg har dog et par gange, også i Danmark, været udsat for evalueringsskemaer, hvor der var en rubrik, der alene spurgte til antallet af publikationer i Science og Nature.

Reference og links
Facebook-siden om boykot af tidsskriftet Nature Christoffer Karoffs hjemmeside Læs også på Videnskab.dk: Skubber Solen til Jorden? Hvem ændrer Jordens middeltemperatur? Var Solen skyld i den kolde vinter? Forsinkelse i solcyklus forklares Hvornår falder temperaturen?

 

Var Solen skyld i den kolde vinter?

Den netop overståede vinter bød på ekstreme temperaturer i begge ender. Skyldtes det Solen? (Foto: Colourbox)

Selvom det måske kan være svært at forstå for os danskere, så har vinteren faktisk ikke været kold, men varm. Ihvertfald hvis man ser på den globale middeltemperatur.

Her var januar 2010 den næstvarmeste januar nogen sinde, kun overgået af 1998.

To spørgsmål trænger sig altså på, når vi ser på den netop overståede vinter:

1. Hvorfor var vinteren så varm globalt, mens vinteren i Europa og Nordamerika var den koldeste i mands minde?
    
2. Har den ualmindeligt lave solaktivitet noget med dette at gøre?

Hvorfor var vinteren varm?

Der er nok to svar på, hvorfor vinteren var så varm: CO2 og El Niño. Det er nok de fleste bekendt, at CO2 er en drivhusgas, der får temperaturen til at stige. De sidste 200 år har vi lukket stadig større mængder CO2 ud i atmosfæren og det er derfor forventeligt, at ikke bare vintrene, men klimaet generelt, vil blive varmere.

De sidste 10 år har de globale temperaturer dog været stort set uændrede, hvilket har været i modstrid med de klimafremskrivninger der er blevet lavet af blandt andet FN's klimapanel. Der er derfor ingen tvivl om, at hvis vi skal bevare bare et minimum af tillid til disse klimafremskrivninger, så skal de globale temperaturer til at sige meget snart.

Det kunne være hvad vi var vidne til hen over vinteren. Men det er for tidligt at sige, da de høje temperaturer hovedsageligt skyldes et meget stærkt El Niño. El Niño er et vejrfænomen, hvor store højtryk over Stillehavet fører til højere temperaturer. Det skal nu blive spændende at se, om de høje temperaturer også fortsætter efter dét vejrfænomen er over.

Solaktiviteten og de globale temperaturer

De fleste læsere af denne blog er nok også bekendt med, at solaktiviteten har været ualmindelig lav de sidste par år. Vi forventer generelt, at lav solaktivitet fører til lave globale temperaturer, hvilket jo ikke passer så godt sammen med de høje globale temperaturer vi har målt denne vinter.

Faktisk var jeg også blevet overrasket, hvis de globale temperaturer allerede nu var begyndt at falde i samme takt som solaktiviteten. For det første skal den bedste model vi har, for sammenhængen mellem solaktiviteten og klima, bruge kosmiske stråler. Og ændringerne i de kosmiske stråler er omkring to år forsinket, i forhold til ændringerne i solaktiviteten.

Det betyder, at det først er i disse måneder vi virkelig begynder at se en stigning i mængden af kosmiske stråler, der rammer Jorden, som følge af den lave solaktivitet. Klimaet vil derefter, for det andet, skulle bruge noget tid til, at tilpasse sig ændringen i mængden af indkommende sollys, som følge af flere skyer, som følge af flere kosmiske stråler, som følge af lavere solaktivitet. En sådan ændring vil først kunne ses lokalt og senere globalt. Måske er dette netop hvad vi er vidne til?

Er vi på vej ind i en ny lille istid?

Hen over vinteren er jeg mange gange blevet spurgt, om vi er på vej ind i en ny lille istid. Her har mit svar været, at hvis Solen virkelig er på vej ind i et nyt længerevarende minimum, så er jeg ikke i tvivl om, at det vil have en kølende effekt på klimaet.

Hvordan og hvor stor ved vi dog ikke. Måske gav denne vinter også et praj om, hvad effekten kunne blive. Flere gange denne vinter har jeg derfor funderet over sammenfaldet mellem forholdene under vinteren i 1658 og den vinter vi lige har været igennem. Vinteren 1658 var den vinter, hvor den svenske konge Karl Gustav X gik over Langelandsbælt.

Den gang - som nu - var solaktiviteten ualmindeligt lav. Og vinteren 1659 ligger faktisk midt i det vi kalder den lille istid. Der er ingen tvivl om, at den lille istid var global. Det blev allerede i 2003 slået fast i en meget udskældt artikel af Willie Soon og Sallie Baliunas.

Stærkest på nordlige halvkugle

Soon og Baliunas' artikel danner et af omdrejningspunkterne i 'Climategate', hvilket jeg ikke vil komme ind på her. Jeg vil nøjes med at bede folk, der kritiserer artiklen, om at læse den først.

Jeg har skrevet om Sallie Baliunas mange gange før: Hun er en af de mest anerkendte nulevende stellare astrofysikere og artiklen er et fantastisk eksempel på, hvad man kan få ud af, at kigge med nye øjne på gamle problemer. Selveste Michael Mann (ham med hockeystaven) er for øvrigt også fornylig kommet frem til, at den lille istid faktisk fandt sted.Men selvom den lille istid var global, så er der helle ingen tvivl om, at den var stærkest på den nordlige halvkugle og måske specielt i Nordeuropa. Altså lidt i stil med, hvad vi har oplevet denne vinter.

Hvorfor var vinteren kold?

Dermed står vi tilbage med spørgsmålet: Kan den lave solaktivitet forklare, hvorfor vinteren var så kold i Europa og Nordamerika? Som sagt er det første gang i nyere tid, at vi oplever så lav en solaktivitet som nu, og derfor ved vi ikke, hvad de lokale effekter vil blive, da man altså ikke har lavet direkte temperaturmålinger for 400 år siden. Her kommer dog et bud:

Grunden til, at vinteren i Europa og Nordamerika var ualmindelig kold var, at den arktiske oscillation var ualmindeligt lav. Det arktiske oscillations-index er defineret som trykforskellen mellem 45 graders brede og Nordpolen.

Når denne trykforskel er lav, altså negativ, som den var denne vinter, får vi kolde og lange vintre i Nordamerika og Europa. Men hvad styrer den arktiske oscillation?

Den pseudo-toårige oscillation

Det kan man finde et bud på HER. Idéen er, at den arktiske oscillation styres af den såkaldte pseudo-toårige oscillation og af solaktiviteten. Den pseudo-toårige oscillation er defineret som øst-vest vindretningen i stratosfæren langs ækvator.

Denne vinter har vindretningen i stratosfæren langs ækvator fortrinsvis været østlig og solaktiviteten har som bekendt været lav. Det har ført til et ualmindeligt lavt arktiske oscillations-index, og altså derfor den ualmindelig kolde vinter i Europa og Nordamerika.

Det er vigtigt her at holde sig for øje, at det arktiske oscillations-index beskriver en trykforskel. Det forklarer altså, hvorfor vinteren i Europa og Nordamerika var ualmindelig kold, mens den i Canada og på Grønland var ualmindelig varm. Så den ovenfor beskrevne sammenhæng beskriver altså, hvordan ændringer i solaktiviteten kan have indflydelse på klimaet lokalt.

Fire punkter tegner en elefant

Blandt fysikere er der et ordsprog der siger, at gennem to punkter kan man tegner en ret linje, gennem tre kan man tegne en hyperbel, og gennem fire kan man tegne en elefant. Med andre ord: Når man har mange ubekendte i en ligning, så kan ligningen forklare det meste, men det betyder ikke, at ligningens forklaring er den rigtige.

Lidt sådan har jeg det også med sammenhængen mellem det arktiske oscillations-index, den pseudo-toårige oscillation og solaktiviteten. På den anden side er jeg overbevist om, at hvis vi skal forstå Solens påvirkning af klimaet, så er vi nødt til at se på lokale klimafænomener. Og det er netop hvad denne sammenhæng gør.

En anden ting er, at vi helt sikkert ser en større korrelation mellem solaktiviteten og forholdene i stratosfæren, end vi ser mellem solaktiviteten og forholdene ved jordoverfladen. Derfor virker en forklaring, der går over stratosfæren, tiltalende.

Nu har vi mulighed for at få svarene

Så hvis vi vender tilbage til spørgsmålet 'var Solen skyld i den kolde vinter?', så er svaret, ja, måske.

Der er dog stadig mange åbne spørgsmål, som for eksempel: Kan lokale klimaændringer forklare de sammenhænge vi kender mellem de globale temperaturer og solaktiviteten? Hvorfor var det denne vinter varm på Grønland, når vi ved, at det var ualmindelig koldt under den lille istid?

Det positive er dog, at hvis solaktiviteten fortsætter med at være lav, så vil vi nok meget snart få svar på nogle af disse spørgsmål.

 

 

Forsinkelse i solcyklus forklares

Konvektionsstrømmene i Solens indre løber fra ækvator mod polerne i de øverste lag og tilbage igen indenunder.

Siden midten af december har der stort set daglig været pletter på Solens overflade.

Vi begynder derfor så småt at tro på, at Solens cyklus 24 nu endelig, efter næsten to års forsinkelse, er ved at komme i gang.

Denne forsinkelse på næsten to år har efterladt alverdens solfysikere med flere spørgsmål end svar.

De mest påtrængende spørgsmål er:

- Hvor kraftig bliver cyklus 24?

- Og hvordan kunne vores modeller for Solens cyklus ramme så meget ved siden af?

Ny eftersøgning af den manglende aktivitet

I den forgangne uge er to artikler blevet offentliggjort, der begge præsenterer målinger af strømninger i Solens indre, hen over det forlænget solplet-minimum, som vi har befundet os i de sidste par år. Begge artikler fastslår, at strømningerne i Solens indre har været meget hurtigere end hvad vi tidligere har set.

De strømninger, som på engelsk kaldes for 'the meridional circulation' eller 'the great conveyor belt', løber langs Solens overflade fra ækvator mod polerne (de gule linjer). Ved polerne regner man med, at strømningerne løber ind mod Solens centrum.

Strømningerne når dog kun godt en tredjedel ind, før de i bunden af Solens konvektionszone begynder at løbe tilbage mod ækvator. Man regner med, at strømningerne er af afgørende betydning for udviklingen af Solens cyklus.

Således drives langt de fleste modeller af Solens cyklus og Solens dynamo i dag af disse strømninger, der er dog på ingen måde enighed om hvordan disse strømninger driver Solens dynamo.

Flux-transport-modellen

Hathaway og Rightmire har brugt målinger fra SOHO-satellitten til at måle strømningerne i Solens indre. Hathaway og Rightmire viser, hvordan strømningerne de sidste par år har bevæget sig hurtigere, end vi tidligere har set.

Dette siger dog ikke så meget, da SOHO 'kun' har observeret Solens siden 1996, hvilket reducerer Hathaway og Rightmire's konklusion til, at strømningerne de sidste par år har bevæget sig hurtigere end de gjorde under sidste minimum.

Hathaway og Rightmire kommer dog også med en anden konklusion, der næsten er mere interessant: De konkluderer nemlig at 'flux-transport-modellen' er bedre til at forklare Solens cyklus end flux-transportdynamo-modellen'.

Denne skelnen mellem to forskellige modeller for Solens cyklus er meget forsimplet. Der findes nemlig et hav af andre modeller for Solens cyklus, som ikke kan kaldes det ene eller det andet. Men lad mig prøve at forklare, hvori Hathaway og Rightmire ser forskellen.

Alfa-effekten

For at forstå forskellen mellem de to modeller, skal vi bruge alfa-effekten i Solens dynamo. Alfa-effekten er ansvarlig for at vende Solens magnetfelt fra at gå øst-vest til at gå nord-syd (omega-effekten er så ansvarlig for at vende det tilbage igen).

I begge modeller bliver Solens cyklus drevet af strømningerne i Solens indre, men hvor alfa-effekten i 'flux transport modellen' finder sted omkring Solens overflade, så finder alfa-effekten i 'flux transport dynamo modellen' også sted i bruden af Solens konvektion zone.

Grunden til at Hathaway og Rightmire kan konkludere at 'flux-transport-modellen' er bedre til at forklare Solens cyklus end 'flux-transport-dynamo-modellen' er, at i 'flux-transport-modellen' fører hurtige strømninger i Solens indre - som vi altså har haft de sidste par år - til et svagt magnetfelt nær Solens poler.

I 'flux-transport-dynamo-modellen' fører de til et kraftigt magnetfelt nær Solens poler, hvilket er i modstrid med hvad vi har observeret de sidste par år.

Hvad betyder dette for styrken af cyklus 24?

Efter at have konkluderet at 'flux-transport-modellen' er bedre til at forklare Solens cyklus end 'flux-transport-dynamo-modellen' kan Hathaway og Rightmire derefter gå videre og forudsige, at cyklus 24 vil blive meget svag.

Faktisk skal vi kun forvente halvt så mange solpletter som i sidste cyklus, som forudsagt af 'flux-transport-modellen' og ikke kraftigere end de forgangene cyklusser, som forudsat af 'flux-transport dynamo-modellen'.

Nye strømninger

Selv om den anden artikel om strømninger i Solens indre ikke går så langt i sine konklusioner (hvilket nok skal vise sig klogt), så peger også disse observationer på, at Solens aktivitet er ualmindelig lav.

LÆS OGSÅ

Ny vejrudsigt for Solen Solen er stadig i live

Artiklen er skrevet af Irene, Rachel og Frank som jeg har omtalt før (se boks til højre) og så Rudolf. De har brugt observationer fra det jord-baserede GONG-netværk til at måle strømningerne i Solens indre.

Udover at finde, at de målte strømninger er hurtigere end tidligere, så finder Irene, Rachel, Frank og Rudolf også en ny komponent i strømningerne: En komponent der synes at falde sammen med de torsionale oscillationer som jeg tidligere har beskrevet (se boks til højre).

Det har kun været muligt at observere denne komponent, fordi Solen har været ualmindelig stille de sidste par år og dens tilstedeværelse kunne derfor pege på, at vi er på vej ind i en tid med ualmindeligt lav solaktivitet.

Hvornår vender strømmen?

Når nu lav solaktivitet er ensbetydende med hurtige strømninger i Solens indre, så må det jo også betyde, at hastigheden af strømningerne vil aftage når cyklus 24 rigtig kommer i gang. Men det er ifølge de to artikler altså ikke sket endnu. Hastigheden af strømningerne er fortsat med at stige.

 

Stirling-motor kan udnytte Solen

Der er sket meget siden mit sidste indlæg her på Solbloggen:

- Verden formåede i København ikke at stå sammen om, at udfase vores brug af fossile brændstoffer inden for en overskuelig fremtid.

- Temperaturen har siden fået et hak opad, selvom vi har frosset i København, London, Paris og Washington.

- Den videnskabelige debat synes efter 'Climategate' at have fået en noget mere saglig tone og samtidigt er solaktiviteten kommet i gang igen, selvom vi nok ikke har hørt det sidste i den sag endnu.

- Og sidste men ikke mindst har vi modtaget kolossale mængder af helt fantastiske observationer fra Kepler-satellitten.

Men alt dette vil jeg vente med at skrive om.

Effektiv solenergi

I stedet vil jeg gøre lidt reklame for en video om en helt fantastisk måde at udnytte Solens energi på. Energien skabes her via en Stirling-motor også kaldet en varmemotor. Simpelt sagt virker en Stirling fordi varm luft udvider sig mens kold luft trækker sig sammen:

Modsat en almindelig forbrændingsmotor, som vi kender den fra blandt andet biler, der kun udnytter at varm luft udvider sig, så udnytter en Stirling-motor altså også at kold luft trækker sig sammen. Derfor bliver Stirling-motoren meget mere effektiv end en almindelig forbrændingsmotor.

For at Stirling-motoren både skal kunne udnytte at varm luft udvider sig og kold luft trækker sig sammen, skal den have en gas eller væske, der kan transportere energien rundt mellem en kold og en varm pol. Denne gas eller væske, der transporters rundt, kan så drive et svinghjul som vist på videoen, som så kan sættes på for eksempel en generator til at producere strøm.

200 års opstart

Selvom Robert Stirling opfandt Stirling-motoren helt tilbage i 1816, har den aldrig vundet rigtig udbredelse. Det skyldes dels problemer med at få gassen eller væsken til at holde og ikke slippe ud og dels at det bedre kunne betale sig at bruge en billig, men ineffektiv almindelig forbrændingsmotor, end en dyr men effektiv Stirling-motor. Måske der dette dog på vej til at ændre sig?

Et stenkast fra hvor jeg bor, er der en flok mennesker, der i mange år har arbejdet på at lave deres eget kraftvarmeværk, baseret på en Stirling-motor og træflis. Stirling-motorer er velegnet til sådanne lokale kraftvarmeværker, der ikke er baseret på fossile brændstoffer, da en Stirling-motor bare skal bruge varme for at køre. Varmen kan så komme fra et forbrændingsanlæg, fra træflis eller fra Solen som vist på videoen.

Hvis man, som jeg, undres over, hvor meget energi den lille Stirlin-motor på videoen kan lave, kan man huske på, at mange stjerner faktisk svinger efter samme princip som en varmemotor. Her sørger temperaturændringer i stjernen, som vi kalder klassiske pulsatorer, for, at der føres energi over i stjernes svingninger. Men det er vist også en anden historie.

 

 

Solen sover rævesøvn

I øjeblikket er antallet af solpletter nul. Antallet af pletløse dage kan bruges til at vurdere, hvorvidt vi er på vej ind i et længerevarende solplet-minimum (Foto: Colourbox)

De sidste måneder har budt på mere solaktivitet end vi har set de seneste to år.

Men klog af skade skal jeg undlade at konkludere, at cyklus 24 nu for alvor er gået i gang.

Lad mig i stedet prøve at sige noget om sandsynligheden for, at vi er på vej ind i et nyt længerevarende solplet-minimum.

Nye pletter og aktive længdegrader

Antallet er pletter på Solen er stadig ualmindelig lavt. I skrivende stund er det faktisk igen nul. De sidste par måneder har dog budt på et fænomen kaldet en aktiv længdegrad.

Kort fortalt går dette fænomen ud på, at nogle områder på Solens overflade danner flere pletter og flares end andre. Fordi Solen roterer rundt om sig selv med en periode på en lille måned, ser vi derfor, at solpletterne også kommer og går med en periode på en lille måned.

Vi kender ikke grunden til, at der i Solen dannes aktive længdegrader, men vi har observeret, at de specielt dannes i starten af en ny cyklus.

TOP-10 PLETLØSE DAGE SIDEN 1900

År Dage 1913  311   2008 266   1912  253  2009  245  1954  241  1933  240  1923  200  1911  200  1996  185  2007  163

Således har vi de sidste par måneder været vidne til en aktiv længdegrad på Solen, der har ført til, at vi har kunnet observeret pletter på Solen i uge 39, 43 og 47. Et godt bud vil derfor være at der også vil være pletter på den side af Solen der peger mod Jorden i uge 51.

Pletløse dage

Under et solplet-minimum, som det vi oplever nu, er antallet af solpletter faktisk ikke en særlig god indikator for, hvor aktiv Solen er. Grunden til dette er, at det mindste antal solpletter vi kan tælle er nul.

Vi kan ikke tælle et negativt antal solpletter, selv om solaktiviteten godt kunne være lavere end man oplever under andre perioder uden solpletter.

Så for at sammenligne, om den periode vi oplever i disse tider uden solpletter, har en lavere solaktivitet end andre perioder vi har oplevet uden solpletter, er vi på det seneste gået over til at tælle, hvor mange dage vi oplever uden solpletter. Vi taler således om antallet af pletløse dage.

På hjemmesider som www.spaceweather.com kan man følge med i antallet af pletløse dage, og ud fra disse kommer her en Top-10 over pletløse dage de sidste 100 år. Optællingen er lavet den 25. november, og som man kan se, har vi i år indtil nu haft 245 pletløse dage. 2009 ligger således på en fjerdeplads, med 8 pletløse dage op til en tredjeplads og 21 til en andenplads.

Hvor vi ender er svært at sige. Derfor kunne et forslag være, at væddemålene denne december ikke skulle gå på, om det bliver en hvid jul, men om 2009 kommer til at have flere pletløse dage end 2008. Mit bud ville være, at sandsynligheden er stort set den samme for en hvid jul som for at 2009 kommer til at have flere pletløse dage end 2008.

Hvad betyder de pletløse dage?

Antallet af pletløse dage kan bruges til at vurdere sandsynligheden for, at vi er på vej ind i et nyt længerevarende solplet-minimum. På baggrund af en præsentation af Jan Janssen, en meget aktiv belgisk amatørastronom, vil jeg derfor her opstille tre mulige scenarier:

Første scenarie:
Hvis 2009 bliver det sidste år med pletløse dage i denne omgang, er det rimeligt at antage, at NASA får ret i deres sidste forudsigelser af Solen's cyklus. Det vil sige, at vi i cyklus 24 kommer til at oplevet et maksimum antal solpletter på omkring 80. Hvilket vi sige den mindste cyklus vi har set i 70 år.

Andet scenarie:
Hvis antallet af pletløse dage i 2010 bliver sammenligneligt med antallet af pletløse dage i 2008 eller 2009 virker det overvejende sandsynligt, at vi er på vej ind i et nyt længerevarende solplet-minimum. Hvilket i dette tilfælde vi sige et Dalton-agtigt minimum, hvor vi vil opleve et par cykluser med et maksimum antal solpletter på under 50.

Tredje scenarie:
Hvis både 2010 og 2011 byder på mange pletløse dage, ligesom 2008 og 2009, så virker det overvejende sandsynligt, at vi er på vej ind i et stort længerevarende solplet-minimum, da det i så fald virker usandsynligt, at cyklus 24 vil byde på nævneværdig solaktivitet.

Dette længerevarende minimum vi have samme størrelse som Maunder-minimumet i det 17. århundrede, og der vil være stor chance for, at et sådant minimum vil udsætte den globale opvarmning.

 

Hvornår falder temperaturen?

Solpletter som disse er en sjældenhed for tiden, men nu er nr. 1029 dukket op. (Arkivfoto: SoHO - ESA/NASA)

Selv om der den sidste måneds tid faktisk har været et par pletter på Solen, så fortsætter Solens aktivitet med at være det laveste vi nogensinde har målt.

For nylig offentliggjorde NASA målinger, der viste hvorledes mængden af kosmiske stråler omkring Jorden er højere end vi nogensinde har målt.

Dette rejser spørgsmålet: Hvornår og hvor meget vil temperaturen falde på Jorden?

Er bunden nået?

Der er stadig pletter på Solen en gang imellem. Men de sidste par år har pletterne været så sjældne, at det er gået hen og blevet lidt af en begivenhed blandt sol-fysikere, hver gang der er kommet en plet af rimelig størrelse til syne på Solen.

Og hver gang har der været sol-fysikere der ikke har kunnet dy sig for at sige, at nu måtte Solens næste cyklus (cyklus 24) være i gang. Hver gang har Solen efterfølgende præsenteret os for en periode med endnu lavere aktivitet, og på den måde gjort de dristige sol-fysikeres udsagn til skamme.

Oktober bød således igen på en rimelig solplet. Men jeg skal nok afholde mig fra at tolke dette hen af, at cyklus 24 nu er i gang. Solpletten, der fik navnet 1029, var den største vi har set i 2009. Den er nu forsvundet om på bagsiden af Solen og vil, hvis den overlever, komme om til syne igen om en uges tid.

Solpletter af den størrelse plejer ikke at overleve flere uger (selvom det dog bestemt er muligt). Til gengæld har lige præcis det område på Solen, hvor 1029 befinder sig, været ansvarlig for mange af de få pletter, vi har set på Solen i de sidste måneder.

Solens rutsjetur

Hvorom alting er, så forsætter Solens aktivitet med at være ualmindeligt lav. Og det har den nu været så længe, at jeg finder der meget usandsynligt, at Solens aktivitet i cyklus 24 vil blive lige så stor, som i de sidste par cyklusser vi har haft. Solens aktivitet er med andre ord i gang med at tage en gevaldig rutsjetur.

Om vi er på vej ind i et nyt længerevarende solplet-minimum er endnu for tidligt at sige. Men det faktum, at vi nu i snart et par år har observeret ualmindelig lav aktivitet, og at der ikke er noget det peger på, at den høje aktivitet fra de sidste par cykluser vil vende tilbage foreløbigt, gør, at det nu snart er ved at være tid til at kigge efter, om den lave aktivitet har nogen indflydelse på klimaet.

Flere kosmiske stråler, flere skyer og lavere temperatur?

Med lav solaktivitet følger en øget mængde kosmiske stråler omkring Jorden, fordi det er Solens aktivitet - solvinden og Solens magnetfelt - der beskytter os mod de kosmiske stråler fra Mælkevejen.

Således kunne NASA for nylig offentliggøre nye resultater, der viser at mængden af kosmiske stråler der trænger ind i Jorden atmosfære er større end den har været de sidste 50 år.

Dette er som sådan ikke nogen overraskelse, men resultaterne åbner spørgsmålet om, hvornår vi ser, at den øgede mængde kosmiske stråler fører til en øget mængde lavtliggende skyer og lavere temperaturer på Jorden.

At en øget mængde kosmiske stråler fører til en øget mængde lavtliggende skyer blev i sommers meget overbevisende eftervist af Henrik Svensmark, Torsten Bondo og Jacob Svensmark.

Så det vil undre mig, hvis ikke vi meget snart vil se resultater der viser, at mængden af lavtliggende skyer er højere en hvad vi har set længe. Det jeg ikke ved er, hvordan dette vil påvirke Jorden klima. Men det vil undre mig, hvis vi ikke ser en påvirkning.

Dårlig timing?

Umiddelbart kunne man synes, at den lave solaktivitet er ufattelig dårlig timing i forhold til den klimakonference (COP15), der skal være i København til december. Men efter at have brugt megen tid på at tænke over det, er jeg faktisk kommet frem til det modsatte:

Antaget at solaktiviteten bliver ved med at falde, og at dette får stor betydning for klimaet, så vil den lave solaktivitet komme til at give Jordens klima en 'time out'. Med andre ord: Vi vil i så fald ikke komme til at opleve nævneværdige temperaturstigninger de næste 50 år, lige meget hvor meget CO2 vi lukker ud.

Derefter vil problemerne, som jeg har beskrevet her (link: /content/dk/blogs/solmysteriet/mission_impossible), så vende tifoldigt tilbage, men vi vil få en 'time out'. Opgaven for COP15 bliver altså ikke at få indført et kvotesystem og få sinket vores udledning af CO2 nu, men at få lavet en udfasning af fossile brændstoffer over de næste 50 til 100 år.

Ministrene på COP15 skal altså ikke diskutere, hvorledes de får folk til at holde op med at spise oksekød i morgen, men hvordan de sørger for, at alle kuldkraftværker er lukket om 50 år. For mig er det første svar på dette spørgsmål - måske ikke overraskende - mere forskning og udvikling.

 

Nobelpris for en fiasko

Uden CCD-chippen ville vi stadig være nødsaget til at skulle bruge øjnene til at kigge i teleskoper med og herefter lave skitser i vores notesbøger. (Foto: Colourbox)

Det var de færreste, der havde forudset, at halvdelen af dette års nobelpris ville gå til Willard S. Boyle og George E. Smith fra AT&T Bell-laboratoriet i Californien for opfindelsen af CCD-chippen.

Alligevel virker valget nu så indlysende. For os astronomer har opfindelsen haft en betydning, der nok ikke kan undervurderes. En betydning på linje med Galileos opfindelse af teleskopet og Hubbels opdagelse af rødforskydningen. Uden CCD-chippen ville vi stadig være nødsaget til at skulle bruge øjnene til at kigge i teleskoperne med og derefter lave skitser i vores notesbøger over, hvad vi så. Eller rende rundt med store fotografiske plade, som vi ville sidde og studere med lup.

For slet ikke at tale om de fleste satellitmissioner, som ville være umulige uden CCD-chippen, der gør det muligt at tage billeder i digitalt format, som let kan sendes ned til os på Jorden.

I en tidligere blog Charged Coupled Devices har jeg blandt andet beskrevet, hvordan Kepler-satellitten flyver rundt med en CCD-chip med knap en milliard pixler.

Startede som en fiasko

Det var dog ikke meningen, at CCD-chippen skulle kunne bruges til at tage billeder med, da Willard S. Boyle og George E. Smith sidst i tresserne sad på AT&T Bell-laboratoriet og arbejdede med udviklingen af en hukommelseschip, hvor informationer kunne gemmes som elektroner i en halvleder.

En halvleder er et materiale, der har den egenskab, at det kan ændres fra at være elektrisk ikke-ledende til at være ledende og tilbage igen, og det er netop en af de ting, der er brug for i en hukommelse chip for at få informationerne ind og nu. Det skulle dog senere vise sig, at disse hukommelseschip - der dog aldrig blev den store succes, også kunne bruges til at optage billeder med.

Spande med elektroner

CCD står for charge-coupled device, og et af de billeder, der ofte bruges til at forklare, hvordan en CCD-chip virker, er en fodboldbane fyldt med spande.

Efter en regnbyge er vi nu interesseret i at finde ud af, hvor meget det har regnet forskellige steder på fodboldbanen. For at gøre dette skal vi være i stand til at måle, hvor meget vand der er i hver spand. CCD-chippen starter fra en ende med at måle, hvor meget vand der er i den første spand ved hjørneflaget ved hjemmebanemålet. Derefter kan CCD-chippen rykke alle spandene langs baglinjen en tak til højre og måle, hvor meget vand der er i den næste spand.

Denne animation viser, hvordan CCD-chippen måler mængden af elektroner i hver enkelt pixel og på den måde bestemmer, hvor meget hver enkelt pixel er blevet belyst. (Illlustration: NASA)

Når CCD-chippen har målt alle spandene langs baglinjen, rykkes alle rækkerne af spande en gang mod baglinjen, og der vil nu stå en ny række spande på baglinjen, som CCD-chippen kan gå i gang med at måle.
 

Dette er hemmeligheden bag CCD-chippen - at den kan flytte de enkelte spande henover chippen. En moderne CCD-chip kan måle mængden af vand i alle spandene på fodboldbanen eller elektronerne i pixels på nogle få millisekunder.

Lidt hjælp fra Einstein

Den hukommelseschip som Willard S. Boyle og George E. Smith arbejder med på AT&T Bell-laboratoriet kunne ikke bare måle mængden af vand i spandene (eller elektroner i pixels). Den kunne også lægge elektroner ind i de mange pixels. Man kunne således både få informationer ind i og ud af chippen, og på den måde kunne den bruges som en hukommelseschip, der kunne konkurrere med datidens hulkort.

I 1969 opdagede Willard S. Boyle og George E. Smith dog, at de også kunne få elektroner ind i chippen på en anden måde. Ved at gøre brug af den af Einstein opdagede fotoelektriske effekt belyste de chippen, og der blev skabt elektroner.

Disse elektroner kunne man via spandsystemet transporter ud af CCD-chippen og på den måde tage billeder. Billeder der skulle vise sig at revolutionere astronomien.

 

NASA vil selv afsløre planeterne

Selvom der nu ligger meget klare observationer fra Kepler, må eksterne forskere ikke afsløre, om satellitten har observeret nye planeter. Det er nemlig kun NASAs folk, der må det. (Illustration: NASA)

Kepler-satellittens hovedformål er at finde planeter omkring andre stjerner, og den del står NASA for. Det er derfor, de har bygget satellitten.

Vi har så fået lov til at studere svingninger på overfladen af stjernerne. Ved at studere svingningerne kan vi nemlig bestemme, hvor store stjerner er. Dette er vigtigt at vide for at kunne sige noget om, hvor store f.eks. planeter er.

Problemet er nu, at NASA gerne vil sikre sig, at jeg og de 300 andre (hovedsageligt europæiske) forskere, der skal studere svingninger i de stjerner, som Kepler har observeret, ikke finder og offentliggør planeter.

Dette kan måske lyde lidt som unfair konkurrence, men er i grunden meget rimeligt, når man tænker på, hvor meget tid nogle af folkene på NASA har lagt i at bygge satellitten.

Faktisk findes der personer som William Borucki, som er den videnskabelige leder, der har arbejdet på Kepler-satellitten i over 25 år.

Og de sidste 10 år er der kommet flere hundrede videnskabsfolk og ingeniører med på NASA. Det er selvfølgelig disse folk, der skal krediteres først, når Kepler finder sine planeter, lige meget hvem der finder dem.

Derfor er der lavet en aftale om, at selvom vi godt nok får lov til at analysere observationerne nu, så må vi ikke præsentere dem for andre, før NASA har præsenteret sine resultater på en konference i januar.

Så selvom jeg lige nu bruger det meste af min tid på at analysere observationerne fra Kepler, så må jeg ikke skrive om mine resultater før til januar.

Observationerne rengøres for planeter 

Før de 300 forskere, der skal studere svingninger i de stjerner, som Kepler observerer, kan modtage observationerne, skulle der søges for, at de ikke kan finde og offentliggøre planeter. Dette sker på tre måder:

For det første har vi alle skrevet under på, at vi ikke vil lede efter planeter, og at hvis vi finder dem alligevel (ved en fejl?), så må vi ikke offentliggøre dem.

For det andet bliver alle Keplers observationer først set manuelt igennem for planeter.

For det tredje kommer alle observationerne igennem noget, der skal ødelægge ethvert signal fra en planet. Software, der er specielt udviklet til netop det formål.

Behandlingen af Kepler-observationerne bliver - ud fra ovenstående tre måder - styret fra Aarhus Universitet, og i sidste uge hjalp jeg med at udføre punkt to. Altså kigge observationerne manuelt igennem for planeter.

De observationer, som det drejer sig om - de første som skulle offentliggøres - var målinger af lidt over 2000 stjerners lysstyrke, målt hver halve time i 10 dage.

En planet i disse observationer vil forårsage et lille dyk i lyskurverne, og det var sådanne dyk, som vi skulle kigge efter. Af indlysende årsager kan jeg ikke fortælle, om vi fandt nogle planeter, men jeg må gerne sige, at observationerne var ulig noget andet, jeg tidligere har set.

Støjen i målingerne var meget, meget mindre, end den har været i nogle målinger, der tidligere er lavet af andre stjerner end Solen. Men det var faktisk ikke det lave støjniveau, der begejstrede mig mest. Det, der begejstret mig mest, var, at støjen var så jævnt fordelt.

Når vi normalt laver målinger af andre stjerner fra Jorden, så ser vi, at støjen på de målinger, vi laver først og sidst på natten, er større, end i dem vi laver midt på natten, fordi det er mere mørkt midt på natten.

Lidt det samme har været tilfældet for de målinger, der er blevet lavet med andre satellitter end Kepler. Dette skyldes især, at alle disse satellitter har haft en bane, der lå meget tæt på Jorden, hvilket har betydet, at de har kredset rundt om Jorden omkring 15 omgange i døgnet, og dette kunne ses i observationerne.

Kepler derimod kredser ikke rundt om Jorden, men rundt om Solen sammen med Jorden (som beskrevet tidligere her), og derfor ændrer støjen sig ikke.

26 år gammel forudsigelse opfyldt

For 26 år siden i 1983 forudsagde Jørgen Christensen-Dalsgaard og Søren Frandsen fra Aarhus Universitet, at alle stjerner med samme struktur som vores egen Sol ville have svingninger på deres overflade.

Denne forudsigelse var alene baseret på nogle teoretiske overvejelser, og faktisk var der for nogle år siden en del diskussion om, hvorvidt forudsigelsen faktisk var rigtig.

Men de nye observationer fra Kepler og tidligere observationer fra den franske CoRoT-satellit viser meget tydeligt, at Jørgen og Søren havde ret. Alle stjerners overflade svinger.

Efter at have kigget over 2000 stjerner igennem for planeter har jeg i hvert fald endnu ikke set en, der ikke svinger.

1 år på 'HAT-P-7b' svarer til 2 dage

Sammenligning af Keplers observationer af HAT-P-7b med de jordbaserede observationer. Forskellen er stående og vidner om Keplers fantastiske præcision. (Illustration: NASA)

Min sidste dag her på mødet i Rio (de andre fortsætter en uge endnu) bød på en præsentation af de første observationer fra Kepler-satellitten.

Observationer, der er så præcise og stabile, at de allerede nu kan vise os stjernerne på en måde, vi aldrig har set dem før. Bl.a. kan de første observationer vise en skinnende exoplanet.

Kepler blev opsendt den 7. marts fra Cape Canaveral med en Delta II-raket. Observationerne ligger til grund for de netop offentliggjorte resultater fra den 10 dage lange commissioning, som gik forud for de rigtige videnskabelige observationer.

Men selvom disse billeder altså endnu ikke har nået at være igennem alle finjusteringerne, så er de stadig enestående og uden sidestykke til noget, vi tidligere har set. Den planet, som Kepler har observeret, hedder HAT-P-7b. Den var nemlig allerede kendt, før Kepler blev opsendt.

HAT-P-7b har således sit navn, fordi den blev observeret af et netværk af teleskoper kaldet HAT, og her var det den 7. planet, der blev opdaget. B'et er med i navnet, fordi man normalt kalder alle værtsstjerner for a og planeterne navngives derefter b, c, d osv.

HAT-P-7b er større end Jupiter, men kredser meget tættere omkring sin værtsstjerne. Faktisk er et år på HAT-P-7b kun lidt over 2 dage. Men man kan sådan set slet ikke tale om dag og nat på HAT-P-7b, da den hele tiden har samme side mod sin værtsstjerne.

Månen peger hele tiden den samme side mod Jorden. Dette betyder, at det på den ene side hele tiden er dag, og det på den anden side konstant er nat.

Kepler har nu observeret, hvordan den side, der peger mod stjernen, har en atmosfære, der lyser. Dette kan man se, når planeten passerer om på den anden side af stjernen, hvorefter det samlede lys fra planeten og stjernen bliver en lille smule mindre.

Det er dog en meget lille ændring, der er tale om, og derfor vidner dette om Keplers helt fantastiske præcision. Faktisk er ændringen bare halvanden gang større end den ændring, som Jorden ville have lavet i lyset fra Solen, hvis den blev observeret fra en satellit bygget af rumvæsner på en exoplanet derude.

Og da Keplers præcision nok skal blive meget bedre, når vi får arbejdet lidt med observationer, så vidner resultaterne allerede nu om, at vi nok skal finde planter som vores egen Jord, hvis de kredser forbi en af de stjerner, som Kepler kigger på.

Resultaterne blev fredag offentliggjort i Science. Jørgen Christensen-Dalsgaard og Hans Kjeldsen fra Århus Universitet er medforfatter.