På denne side kan du finde ekstra materiale, der knytter an til artiklen om Kosmiske artikler og skykim i Aktuel Naturvidenskab nr. 6/2011 (pdf).

I faktaboksen Solens rolle i nutidens klimaændringer kan du læse mere om, hvorfor forskerne interesserer sig for sammenhængen mellem kosmiske partikler og dannelsen af skyer.

Du kan se et leksikonopslag om Elektronvolt her. Og her finder du en ekstra forklaring til kurven i boksen på side 11 i artiklen.

Artiklen kan være velegnet til brug i gymnasieundervisningen, hvor eleverne har Fysik på mindst B-niveau. Du kan hente et større opgavesæt her som word-fil eller som pdf . Desuden kan du hente et regneark med data (xls) (pdf) fra forskernes eksperimenter, der kan bruges til regneopgaverne.

Video, hvor Ulrik Ingerslev Uggerhøj og Michael Bjerring Christiansen viser hvordan, man med et simpelt eksperiment kan vise, at aerosoler er afgørende for dannelsen af skyer i atmosfæren:

Se hvordan skyer bliver dannet from Media Lab - STLL on Vimeo.

Jens Olaf Pepke Pedersen er seniorforsker ved DTU Space
e-mail: jopp@space.dtu.dk
tlf.: 3532 5723
mobil: 2891 8774

Han har en baggrund i eksperimentel atomfysik og forsker i sammenhængen mellem Solen og Jordens klima. Han er desuden fagredaktør på Aktuel Naturvidenskab og medlem af redaktionen for tidsskriftet Kvant.

Martin Bødker Enghoff er forsker ved DTU Space
E-mail: enghoff@space.dtu.dk
Telefon; 3532 5704
Mobil: 2642 7848

Martin er atmosfærekemiker, uddannet på Københavns Universitet, og arbejder med hvordan kosmisk stråling påvirker dannelsen af aerosoler og skyer.

Ulrik Ingerslev Uggerhøj er lektor ved Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet
E-mail: ulrik@phys.au.dk
telefon: 8942 3738
mobil: 2338 2373

Ulrik er uddannet på AU og CERN, og forsker hovedsageligt i meget energirige (såsom kosmiske) partiklers indtrængning i faste stoffer og gasarter (såsom atmosfæren).

Siden afslutningen af sidste istid har der været en pæn sammenhæng mellem Solens aktivitet og en række såkaldte klimaparametre på Jorden. Hvis vi går meget mere end 100 år tilbage i tiden, så bygger målinger af Solens aktivitet og Jordens klima dog på ofte på indirekte oplysninger fra f.eks. sedimenter, boringer i Indlandsisen eller målinger af træernes årringe, og er derfor forbundet med betydelig usikkerhed. CO₂-koncentrationen har derimod været stort set konstant siden afslutningen af istiden og til sidst i 1800-tallet. Herefter har både CO₂-koncentrationen og temperaturen været stigende, men det har Solaktiviteten også været.

IPCC: Solen har ansvaret for 8 % af klimaændringerne
Et tilbagevendende tema i klimadebatten er derfor, hvor stor en del af de klimavariationer, vi ser i dag, der skyldes Solen (eller andre naturlige påvirkninger), og hvor meget, der skyldes menneskets aktiviteter.

Siden slutningen af 1990’erne er den globale temperatur ikke steget, og samtidig er Solens aktivitet blevet lavere. Ifølge FN’s klimapanel (IPCC) er Solen dog kun ansvarlig for 8 % af klimaændringerne, selvom panelet samtidig vurderer, at tallet er meget usikkert, eftersom kvantificeringen af Solens bidrag til klimaændringerne er meget ufuldstændig. De fleste store klimamodeller inkluderer således kun en brøkdel af de mange bidrag fra Solen til Jordens atmosfære. Typisk bruger modellerne den totale solindstråling og strålingen i UV-området som input, mens effekter af variationer i solvinden, magnetfeltet og kosmiske partikler negligeres.

Styr på bidragene fra Solen
Vi tror, at vores arbejde kan være med til at kvantificere bidragene fra Solens aktivitet og dermed mindske usikkerhederne i forståelsen af Jordens klimavariationer. Hvis resultatet bliver, at IPCC får ret i, at variationer i Solens aktivitet er nærmest uden betydning, så vil det også være et vigtigt resultat, for så behøver vi ikke bekymre os om disse variationer. Hvis IPCC derimod undervurderer Solens rolle, må det samtidig betyde, at CO₂ har en haft en mindre andel i de sidste 100 års temperaturstigning. Dette vil dog ikke gøre det nemmere at forudsige fremtidens klima, for desværre er vores forståelse af Solens dynamik endnu ikke god nok til, at vi kan konstruere modeller, der kan forudsige Solens opførsel flere år ude i fremtiden.

Det aflyser heller ikke fremtidige klimaændringer, for alt tyder på, at klodens CO₂-udslip vil fortsætte med at stige i mange år fremover. Men det vil betyde, at konsekvenserne ikke bliver så alvorlige, som IPCC frygter, og dermed vil der blive mere tid til at få styr på de underliggende problemer bag det voksende CO₂-udslip, som den kraftige befolkningstilvækst og det stigende energiforbrug.

For at beskrive de fleste hverdagsfænomener er Joule en passende energienhed; en almindelig stuelampe bruger således 60 Joule per sekund (60 Watt). Når man taler om atomer, findes der derimod en mere relevant enhed, der benævnes elektronvolt (eV), idet strålingsovergange i atomer typisk ligger i området 1-100.000 eV. Enheden elektronvolt er den bevægelsesenergi en elektron opnår gennem et spændingsfald på 1 Volt (deraf navnet), og en eV svarer til 1,6·10^-19 Joule. Der er altså en gigantisk forskel mellem de to enheder, som afspejler størrelsesforholdene mellem de systemer, de hver især er relevante for. De mest energirige partikler, der kan produceres kunstigt i acceleratorer, har energier på 10¹² eV eller knap 0,1 mikro-Joule. Derimod havde den mest energirige kosmiske partikel, der til dato er observeret, en energi på 3·10²¹ eV eller ca. 200 Joule. Dette svarer omtrent til energien i tennisbolden efter en serv fra en Wimbledon-vinder, men deponeret i en elementarpartikel, der er ca. 10²⁹ gange lettere!

Vi har fået et par henvendelser om artiklen, hvor folk er forvirrede over positionen af pilen i figuren nederst til højre på side 11: "Der står 10¹⁷ eV men LHC er da kun 7 TeV (7x10¹² eV, endnu ikke opnået faktisk)?"

Forklaringen ligger i teksten til venstre for figuren i artiklen, hvor der tales om "kollisionsenergi". Det afgørende for kollisionen er nemlig hvor meget energi der er til rådighed i det system hvori den samlede impuls er nul, E_CM (på engelsk: CM - center-of-mass eller center-of-momentum system).

Ved en kollision med en partikel i hvile - som en kosmisk partikel der reagerer med et atom i atmosfæren - er E_CM meget mindre end energien af den indkommende partikel. I en kollision hvor begge ens partikler - som i LHC - ankommer med energierne E₁= E₂ er den samlede energi blot summen E_CM=E₁+E₂.

For at finde hvilken energi en indkommende kosmisk skal ankomme med for at få den samme E_CM som i LHC kan man benytte den approksimerede sammenhæng E_CM=sqrt(2E₁m₂c²) hvorfra E₁ kan findes som E₁=E_CM²/2m₂c² og da m₂c² cirka er lig 1 GeV (ved en kollision med en proton) fås E₁=10¹⁷ eV.

Dette er altså den energi den kosmiske partikel skal have for at kunne lave en kollision som den der foregår i LHC. Så pilen er placeret korrekt.

Mvh. Ulrik Uggerhøj