Maunder Minimum

Var solfunk på 1600-talet en sällsynthet?

av Robert Sanders

BERKELEY ? En mystisk solfunktionsnedsättning på 1600-talet som vissa har kopplat till Europas lilla istid och till globala klimatförändringar blir ännu mer av en gåta till följd av nya observationer av astronomer från University of California, Berkeley.

Under 70 år, från 1645 till 1714, rapporterade tidiga astronomer om nästan ingen aktivitet av solfläckar. Antalet solfläckar – svalare områden på solen som framstår som mörka mot den ljusare omgivningen – minskade tusenfalt, enligt vissa uppskattningar. Även om aktiviteten på solen i dag ebbar och flödar i en elvaårig cykel har det inte varit så tyst sedan dess.

Sedan 1976, då det påpekades att denna långa period av låg solfläcksaktivitet, det så kallade Maunderminimum, sammanföll med den kallaste delen av den lilla istiden i Europa och Nordamerika, har astronomer sökt efter närliggande solliknande stjärnor för att hitta exempel på stjärnminimum. De har hoppats kunna avgöra hur vanliga sådana minima är och förutsäga nästa solminimum – och kanske nästa period av global nedkylning.

Nu kastar data från en grupp astronomer från UC Berkeley tvivel över de hundratals stjärnor som man trodde var exempel på stjärnminimum motsvarande den lugna period som solen upplevde för 300 år sedan.

I en poster som presenteras måndagen den 31 maj vid American Astronomical Societys möte i Denver visar Jason Wright, doktorand vid UC Berkeley, att nästan alla de förmodat solliknande stjärnor som uppvisar minimal aktivitet i själva verket är mycket ljusare än solen och skiljer sig avsevärt från den och därför inte är exempel på Maunderminima. Resultaten ifrågasätter alla studier som använder dessa stjärnor för att dra slutsatser om solens egen aktivitet och framtida minima, säger Wright.

”Stjärnundersökningar visar vanligtvis att 10 till 15 procent av alla solliknande stjärnor befinner sig i ett inaktivt tillstånd som Maunderminimum, vilket skulle indikera att solen tillbringar ungefär 10 procent av sin tid i detta tillstånd”, säger Wright. ”Men vår studie visar att den stora majoriteten av de stjärnor som identifierats som Maunder-minimumstjärnor befinner sig långt ovanför huvudsekvensen, vilket innebär att de inte alls är solliknande, utan antingen är utvecklade stjärnor eller stjärnor som är rika på metaller som järn och nickel. Hittills har vi inte hittat någon stjärna som entydigt är en Maunder-minimumstjärna.”

”Vi trodde att vi visste hur vi skulle upptäcka Maunder-minimumstjärnor, men det gör vi inte”, säger han.

Högsta sekvensen är en region där normala, stadigt brinnande stjärnor samlas när de plottas på ett diagram över färg kontra ljusstyrka. När stjärnor åldras blir de dock rödare och ljusare – de blir så kallade underjättestjärnor – och rör sig uppåt från huvudsekvensen. Solen har befunnit sig på huvudsekvensen i ungefär 5 miljarder år, ända sedan den lugnade ner sig efter att ha antänt vätefusion i sin kärna, och kommer att stanna där i ytterligare 5 miljarder år tills den börjar svälla och bli en underjätte.

”Faktum är att vi fortfarande inte förstår vad som händer i vår sol, hur magnetfält genererar den elvaåriga solcykeln, eller vad som orsakade det magnetiska Maunder-minimumet”, säger Wrights rådgivare Geoffrey Marcy, professor i astronomi vid UC Berkeley. ”I synnerhet vet vi inte hur ofta en solliknande stjärna hamnar i ett Maunder-minimum eller när nästa minimum kommer att inträffa. Det kan vara i morgon.”

Den minskade solaktiviteten i slutet av 1600-talet och början av 1700-talet uppmärksammades 1893 av den engelske astronomen Edward Walter Maunder, som också noterade en nedgång under samma period i intensiteten och frekvensen av norrskenet, som orsakas av stormar på solen. År 1976 granskade astronomen John Eddy återigen olika bevis för Maunderminimum och drog inte bara slutsatsen att det var verkligt, utan citerade också en artikel från 1961 som kopplade ihop minimumet med en samtidig period av nedkylning i hela Europa, kanske på grund av minskad energiproduktion från solen. Solen, och stjärnor som solen, är svagare när de är inaktiva.

Tanken på ett Maunder-minimum är dock kontroversiell eftersom ingen riktigt vet hur noga människor observerade solen i mitten av 1500-talet, bara 40 år efter det att teleskopet uppfanns. Det finns inga uppgifter om solaktivitet före Maunderminimum, även om en ökning av aktiviteten signalerade att den tog slut 1714.

Ovisshet råder också om orsaken till den lilla istiden, som inleddes omkring år 1300 e.Kr. och varade i flera hundra år. Den kan ha orsakats av växthusgaser och partiklar som spreds ut i atmosfären av vulkaner eller av fluktuationer i solens produktion.

Många klimatexperter tar dock Maunderminimum på allvar, och astronomer har sammanställt en lång lista över stjärnor som ska ha uppvisat samma nedgång i aktiviteten, vilket framgår av minskade emissioner från grundämnet kalcium i stjärnans atmosfär. Solaktivitet kännetecknas av starka magnetfält som värmer upp solens övre atmosfär, eller kromosfären, till cirka 8 000 till 10 000 grader Kelvin, vilket gör att kalcium stimuleras att avge blått ljus.

Frågan är enligt Wright om orsaken till den minskade kalciumavgivningen är ett stjärnornas Maunder-minimum eller något annat, som t.ex. ålder – stjärnor snurrar långsammare när de åldras, förlorar sin magnetiska dynamo och producerar inte längre magnetfält eller fläckar – eller ett högt metallinnehåll. ”Vi har nu funnit att det inte beror på Maunder-minimum”, säger han.

”Vad astronomer har antagit är att solliknande stjärnor som går igenom en stjärnfunktionsnedsättning faktiskt är mycket, mycket gamla stjärnor vars magnetfält har stängt av för alltid. De befinner sig inte i ett tillfälligt
maunderminimum, utan i ett permanent. De är döda”, sade Marcy. ”Solen kommer att befinna sig i det tillståndet om 4 miljarder år eller så.”

”Detta innebär att om andra stjärnor genomgår egna Maunder minima, så är det antingen en sällsynt händelse som är nästan oupptäckt i aktivitetsundersökningar eller så indikeras det inte nödvändigtvis av låga kalcium … utsläppsnivåer”, skrev Wright. Därför, tillade han, behövs något annat kriterium för att urskilja de stjärnor som befinner sig i en stjärnnedgång.

Problemet med stjärnor som tros befinna sig i ett Maunder-minimum gick obemärkt förbi eftersom det inte var förrän 1998 som Hipparcos-satelliten sköts upp och började bestämma de exakta avstånden till många närliggande stjärnor. Det blev då möjligt att beräkna den absoluta ljusstyrkan hos dessa stjärnor och att placera dem exakt på en färg- och ljusstyrkeplan, ett så kallat Hertzsprung-Russell-diagram.

Wright bestämde sig för att systematiskt titta på Maunder-minimumstjärnor efter att han och Marcy hade märkt att många till synes inaktiva närliggande stjärnor i själva verket var ljusare än huvudsekvensstjärnor. De har samlat in spektrum från mer än 1 000 närliggande stjärnor för att leta efter tecken på planeter.

I sin analys använde Wright Hipparcos data om avstånd för att bestämma den absoluta ljusstyrkan hos flera tusen närliggande stjärnor som undersökts inte bara av Marcys California och Carnegie Planet Search Program, utan även av andra projekt, såsom Mount Wilson H-K Project och Project Phoenix. Han noterade att en del av de stjärnor som tidigare identifierats som Maunder-minimumstjärnor kan vara metallrika stjärnor, som också brinner ljusare än vår sol och visar mindre aktivitet. Ytterligare analyser av närliggande stjärnor behövs för att karaktärisera dessa tysta stjärnor.

Resultaten, som har lämnats in till Astrophysical Journal, är resultatet av arbete som stöds av Sun Microsystems, National Aeronautics and Space Administration och National Science Foundation.