Ett genombrott i förståelsen av hur kosmiska strålar från supernovor kan påverka jordens molntäcke och därför dess klimat publiceras idag i tidskriften Naturkommunikation . Studien visar att atmosfäriska joner, produceras av energiska kosmiska strålar som regnar ner genom atmosfären, hjälpa tillväxten och bildandet av molnkondensationskärnor - fröna som är nödvändiga för att bilda moln i atmosfären.

När joniseringen i atmosfären förändras, antalet molnkondensationskärnor ändras, påverkar molnens egenskaper. Fler molnkondensationskärnor betyder fler moln och ett kallare klimat, och vice versa. Eftersom moln är avgörande för mängden solenergi som når jordens yta, konsekvenserna är betydande för förståelsen av tidigare klimatvariationer och även för framtida klimatförändringar.

Molnkondensationskärnor kan bildas genom tillväxt av små molekylära kluster som kallas aerosoler. Det har hittills antagits att ytterligare små aerosoler inte skulle bli molnkondensationskärnor, eftersom ingen mekanism var känd för att uppnå detta. De nya resultaten avslöjar, både teoretiskt och experimentellt, hur interaktioner mellan joner och aerosoler kan påskynda tillväxten genom att tillsätta material till de små aerosolerna, och därigenom hjälpa dem att överleva och bli molnkondensationskärnor. Det ger en fysisk grund för den stora mängden empiriska bevis som visar att solaktivitet spelar en roll i variationer i jordens klimat. Till exempel, den medeltida varma perioden runt år 1000 e.Kr. och den kalla perioden under den lilla istiden 1300-1900 e.Kr. passar båda med förändringar i solaktiviteten.

"Till sist, vi har den sista pusselbiten som förklarar hur partiklar från rymden påverkar klimatet på jorden. Det ger en förståelse för hur förändringar orsakade av solaktivitet eller supernovaaktivitet kan förändra klimatet, säger Henrik Svensmark, från DTU Space vid Danmarks Tekniske Universitet, huvudförfattare till studien.

Den grundläggande nya idén i studien är att inkludera ett bidrag till tillväxten av aerosoler genom jonernas massa. Även om jonerna inte är de mest talrika beståndsdelarna i atmosfären, de elektromagnetiska interaktionerna mellan joner och aerosoler kompenserar för bristen och gör fusion mellan joner och aerosoler mycket mer sannolikt. Även vid låga joniseringsnivåer, cirka 5 procent av aerosolers tillväxttakt beror på joner. När det gäller en närliggande supernova, effekten kan vara mer än 50 procent av tillväxttakten, som kommer att påverka molnen och jordens temperatur.

För att uppnå resultaten, en teoretisk beskrivning av interaktionerna mellan joner och aerosoler formulerades tillsammans med ett uttryck för aerosolernas tillväxttakt. Idéerna testades sedan experimentellt i en stor molnkammare. På grund av experimentella begränsningar orsakade av närvaron av kammarväggar, förändringen i tillväxttakt som måste mätas var i storleksordningen 1 procent, vilket ställer höga krav på stabilitet under experimenten, som upprepades upp till 100 gånger för att få en bra signal i förhållande till oönskade fluktuationer. Data togs över en period av två år med totalt 3100 timmars dataprovtagning. Resultaten av experimenten stämde överens med de teoretiska förutsägelserna.

• Kosmiska strålar, högenergipartiklar som regnar ner från exploderade stjärnor, slå ut elektroner ur luftmolekyler. Detta producerar joner, positiva och negativa molekyler i atmosfären.
• Jonerna hjälper aerosoler – kluster av främst svavelsyra och vattenmolekyler – att bildas och bli stabila mot avdunstning. Denna process kallas kärnbildning. De små aerosolarna behöver växa nästan en miljon gånger i massa för att kunna påverka molnen.
• Jonernas andra roll är att de påskyndar tillväxten av de små aerosolerna till molnkondensationskärnor - frön på vilka flytande vattendroppar bildas för att bilda moln. Ju fler joner, desto fler aerosoler blir molnkondensationskärnor.
• Låga moln med flytande vattendroppar kyler jordens yta.
• Variationer i solens magnetiska aktivitet förändrar inflödet av kosmiska strålar till jorden.
• När solen är vilande, magnetiskt sett, det finns fler kosmiska strålar och fler låga moln, och världen är coolare.
• När solen är aktiv, färre kosmiska strålar når jorden och, med färre låga moln, planeten värms upp.

Implikationerna av studien tyder på att mekanismen kunde ha påverkat:

• De klimatförändringar som observerades under 1900-talet
• De kylningar och uppvärmningar på cirka 2 ° C som uppstått upprepade gånger under de senaste 10, 000 år, eftersom solens aktivitet och det kosmiska strålinflödet har varierat.
• De mycket större variationerna på upp till 10°C som uppstår när solen och jorden färdas genom galaxen, besöker regioner med varierande antal exploderande stjärnor.