Maunder Minimum

Var solfunk i det 17. århundrede en sjældenhed?

Af Robert Sanders

BERKELEY ? En mystisk solnedgang i det 17. århundrede, som nogle har knyttet til Europas lille istid og til globale klimaændringer, bliver endnu mere gådefuld som følge af nye observationer foretaget af astronomer fra University of California, Berkeley.

I 70 år, fra 1645 til 1714, rapporterede de tidlige astronomer næsten ingen solpletaktivitet. Antallet af solpletter – køligere områder på solen, der fremstår mørke i forhold til de lysere omgivelser – faldt ifølge nogle skøn tusind gange. Selv om aktiviteten på solen i dag ebber og flyder i en 11-årig cyklus, har den ikke været så stille siden.

Siden 1976, da det blev påpeget, at denne lange periode med lav solpletaktivitet, det såkaldte Maunder-minimum, faldt sammen med den koldeste del af den lille istid i Europa og Nordamerika, har astronomer ledt efter nærliggende sollignende stjerner for at finde eksempler på stjerneminima. De har håbet at kunne fastslå, hvor almindelige sådanne minima er og forudsige det næste solminimum – og måske den næste periode med global afkøling.

Nu sår data fra en gruppe af UC Berkeley-astronomer tvivl om de hundredvis af stjerner, som man troede var eksempler på stjerneminima svarende til den stille periode, som solen oplevede for 300 år siden.

I en plakat, der præsenteres mandag den 31. maj på Det Amerikanske Astronomiske Selskabs møde i Denver, viser Jason Wright, kandidatstuderende fra UC Berkeley, at næsten alle de formodede sollignende stjerner, der viser minimal aktivitet, i virkeligheden er meget lysere end og væsentligt forskellige fra solen og derfor ikke eksempler på Maunder-minima. Resultaterne sætter spørgsmålstegn ved alle undersøgelser, der bruger disse stjerner til at drage konklusioner om solens egen aktivitet og fremtidige minima, siger Wright.

“Stjerneundersøgelser finder typisk, at 10 til 15 procent af alle sollignende stjerner er i en inaktiv tilstand som Maunder-minimum, hvilket ville indikere, at solen tilbringer omkring 10 procent af sin tid i denne tilstand,” siger Wright. “Men vores undersøgelse viser, at langt de fleste af de stjerner, der er identificeret som Maunder-minimum-stjerner, befinder sig et godt stykke over hovedrækken, hvilket betyder, at de slet ikke er sollignende, men enten er udviklede stjerner eller stjerner, der er rige på metaller som jern og nikkel. Indtil nu har vi ikke fundet nogen stjerne, der entydigt er en Maunder-minimumstjerne.”

“Vi troede, at vi vidste, hvordan vi skulle opdage Maunder-minimumstjerner, men det gør vi ikke,” siger han.

Hovedrækkefølgen er et område, hvor normale, stadigt brændende stjerner samles, når de plottes på et diagram over farve i forhold til lysstyrke. Efterhånden som stjernerne bliver ældre, bliver de imidlertid rødere og lysere – de bliver det, man kalder undergigantstjerner – og bevæger sig opad fra hovedrækkefølgen. Solen har været på hovedrækken i omkring 5 milliarder år, siden den faldt til ro efter at have antændt brintfusion i sin kerne, og den vil forblive der i yderligere 5 milliarder år, indtil den begynder at svulme op og blive en undergigant.

“Faktum er, at vi stadig ikke forstår, hvad der foregår i vores sol, hvordan magnetfelter skaber den 11-årige solcyklus, eller hvad der forårsagede det magnetiske Maunder-minimum,” siger Wrights rådgiver, Geoffrey Marcy, professor i astronomi ved UC Berkeley. “Især ved vi ikke, hvor ofte en sollignende stjerne falder ind i et Maunder-minimum, eller hvornår det næste minimum vil indtræffe. Det kunne være i morgen.”

Den faldende solaktivitet i slutningen af det 17. og begyndelsen af det 18. århundrede blev gjort verden opmærksom på i 1893 af den engelske astronom Edward Walter Maunder, som også bemærkede et fald i samme periode i intensiteten og hyppigheden af nordlyset, som skyldes storme på solen. I 1976 gennemgik astronomen John Eddy igen forskellige beviser for Maunder-minimummet og konkluderede ikke blot, at det var virkeligt, men citerede også en artikel fra 1961, der kæder minimummet sammen med en samtidig nedkølingsperiode i hele Europa, måske på grund af mindre energi fra solen. Solen og stjerner som solen er svagere, når de er inaktive.

Tanken om et Maunder-minimum er dog kontroversiel, fordi ingen rigtig ved, hvor nøje folk observerede solen i midten af 1500-tallet, blot 40 år efter teleskopets opfindelse. Der findes ingen optegnelser om solens aktivitet før Maunder-minimummet, selv om en stigning i aktiviteten signalerede dens afslutning i 1714.

Også årsagen til den lille istid, som begyndte omkring 1300 e.Kr. og varede i flere hundrede år, er usikker. Den var kendetegnet ved koldere vintre end normalt og kølige somre på hele den nordlige halvkugle og kan være forårsaget af drivhusgasser og partikler, der blev spyttet ud i atmosfæren af vulkaner, eller af udsving i solens produktion.

Mange klimaeksperter tager dog Maunder-minimummet alvorligt, og astronomer har opstillet en lang liste over stjerner, der angiveligt udviser den samme nedgang i aktiviteten, hvilket fremgår af en nedsat emission fra grundstoffet calcium i stjernens atmosfære. Solens aktivitet er kendetegnet ved stærke magnetfelter, der opvarmer solens øvre atmosfære, eller kromosfære, til omkring 8.000 til 10.000 grader Kelvin, hvilket ophidser calcium til at udsende blåt lys.

Spørgsmålet, sagde Wright, er, om årsagen til den nedsatte calciumemission er et stjernernes Maunder-minimum eller noget andet, såsom alder – stjerner drejer langsommere, når de bliver ældre, mister deres magnetiske dynamo og producerer ikke længere magnetfelter eller pletter – eller et højt metalindhold. “Vi har nu fundet ud af, at det ikke skyldes Maunder-minima,” sagde han.

“Det, som astronomer har antaget, er, at sollignende stjerner, der gennemgår en stjerneskift, faktisk er meget, meget gamle stjerner, hvis magnetfelter er slukket for altid. De befinder sig ikke i et midlertidigt
maunder-minimum, men i et permanent. De er døde,” sagde Marcy. “Solen vil være i den tilstand om 4 milliarder år eller deromkring.”

“Dette indebærer, at hvis andre stjerner selv gennemgår Maunder-minima, så er det enten en sjælden forekomst, der næsten ikke opdages i aktivitetsundersøgelser, eller det er ikke nødvendigvis indikeret af lave calcium … emissionsniveauer,” skrev Wright. Derfor, tilføjede han, er der behov for et andet kriterium for at skelne disse stjerner i et stjernedyk.

Problemet med stjerner, som man troede var i et Maunder-minimum, gik ubemærket hen, fordi det først var i 1998, at Hipparcos-satellitten blev opsendt og begyndte at bestemme de præcise afstande til mange nærliggende stjerner. Derefter blev det muligt at beregne disse stjerners absolutte lysstyrke og placere dem præcist på et farve-hellhedsdiagram, et såkaldt Hertzsprung-Russell-diagram.

Wright besluttede sig for at se systematisk på Maunder-minimum-stjerner, efter at han og Marcy havde bemærket, at mange tilsyneladende inaktive nærliggende stjerner faktisk var lysere end hovedrækkestjerner. De har indsamlet spektrer af mere end 1.000 nærliggende stjerner for at lede efter tegn på planeter.

I sin analyse brugte Wright Hipparcos-data om afstand til at bestemme den absolutte lysstyrke af flere tusinde nærliggende stjerner, som ikke kun blev undersøgt af Marcys California og Carnegie Planet Search Program, men også af andre projekter, såsom Mount Wilson H-K Project og Project Phoenix. Han bemærkede, at nogle af de stjerner, der tidligere er identificeret som Maunder-minimumstjerner, kan være metalrige stjerner, som også brænder lysere end vores sol og udviser mindre aktivitet. Der er behov for yderligere analyser af nærliggende stjerner for at karakterisere disse stille stjerner.

Fundene, som er blevet indsendt til Astrophysical Journal, er resultatet af arbejde, der er støttet af Sun Microsystems, National Aeronautics and Space Administration og National Science Foundation.