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PUBLIC RELEASE DATE: 28 - Oktober - 2004

Sonne seit über 8.000 Jahren nicht mehr so aktiv wie heute

Internationales Forscherteam rekonstruiert historischen Verlauf der Sonnenaktivität und prognostiziert deren Rückgang in wenigen Jahrzehnten



Abb. 1: Groer Sonnenfleck, der Anfang September 2004 auf der Sonne zu sehen war. Das Bildfeld umfasst ca. 45.000 mal 30.000 Kilometer auf der Sonne - die gesamte Erde wrde also mehrfach in das Bild passen. Sonnenflecken erscheinen dunkel, weil das in ihnen durch die Sonnenoberflche tretende starke Magnetfeld den Energietransport durch Gasstrmungen unterdrckt. Im inneren, dunkleren Bereich des Sonnenflecks (der Umbra) steht das Magnetfeld senkrecht, whrend es in der etwas helleren Peripherie (der Penumbra) weitgehend horizontal ist. Die Aufnahme wurde von Vasily Zakharov mit dem 1-Meter-Sonnenteleskop auf der Insel La Palma gewonnen, das vom Instituts fr Sonnenphysik der Kniglichen Schwedischen Akademie der Wissenschaften betrieben wird.
Bild: Max-Planck-Institut fr Sonnensystemforschung

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Die Aktivitt der Sonne im Verlauf der letzten 11.400 Jahre, also zurck bis zum Ende der letzten Eiszeit, hat jetzt erstmals eine internationale Forschergruppe um Sami K. Solanki vom Max-Planck-Institut fr Sonnensystemforschung durch Isotopenanalyse von Jahrtausende alten Bumen und Polareis rekonstruiert. Wie die Wissenschaftler aus Deutschland, Finnland und der Schweiz in der neuen Ausgabe der Zeitschrift "Nature" berichten, muss man ber 8.000 Jahre in der Erdgeschichte zurckgehen, bis man einen Zeitraum findet, in dem die Sonne im Mittel ebenso aktiv war wie in den vergangenen 60 Jahren (nature, 28. Oktober 2004). Aus dem Studium frherer Perioden mit hoher Sonnenaktivitt sagen die Forscher voraus, dass die gegenwrtig hohe Aktivitt der Sonne wahrscheinlich nur noch wenige Jahrzehnte andauern wird.

Schon 2003 hatte die Forschergruppe erste Hinweise gefunden, dass die Sonne heute aktiver ist als in den 1.000 Jahren zuvor. Anhand eines neuen und lngeren Datensatzes konnte jetzt der studierte Zeitraum auf 11.400 Jahre ausgedehnt werden, so dass nunmehr die ganze Zeitspanne seit dem Ende der letzten Eiszeit auf der Erde abgedeckt ist. Dabei zeigte sich, dass die Sonne seit den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts aktiver ist als in den 8.000 Jahren zuvor. Dies bedeutet, dass sie mehr dunkle Sonnenflecken, aber auch mehr Eruptionen und Gasausbrche als in der Vergangenheit zeigt. Ursache und Energiequelle fr alle diese Phnomene ist das Magnetfeld der Sonne.

Seit der Erfindung des Fernrohrs im frhen 17. Jahrhundert beobachten Astronomen regelmig die Sonnenflecken. Hierbei handelt es sich um Regionen auf der Oberflche der Sonne, in denen die Energieversorgung aus dem Inneren aufgrund der in ihnen wirkenden starken Magnetfelder behindert wird. Dadurch khlen diese Gebiete um etwa 1.500 Grad ab und erscheinen dunkel im Kontrast zu ihrer rund 5.800 Grad heien Umgebung. Die Zahl der Sonnenflecken schwankt in einem etwa elfjhrigen Aktivittszyklus, der von lngerfristigen Schwankungen berlagert ist. So gab es beispielsweise in der zweiten Hlfte des 17. Jahrhunderts fast gar keine Sonnenflecken.



Abb. 2: Oben: Aus C14-Daten rekonstruierte Sonnenfleckenzahlen (10-Jahres-Mittelwerte) fr die vergangenen 11.400 Jahre (blaue Kurve) und die direkt beobachtete Sonnenfleckenzahlen seit 1610 (rote Kurve). Die verlsslichen C14-Daten enden 1900, so dass der starke Anstieg der Sonnenaktivitt im 20. Jahrhundert dort nicht in Erscheinung tritt. Die Rekonstruktion zeigt deutlich, dass ein vergleichbarer Zeitraum hoher Sonnenaktivitt mehr als 8.000 Jahre zurckliegt. Unten: Vergrerter Ausschnitt des im oberen Bild schraffierten Zeitraums mit mehreren Episoden hoher Sonnenaktivitt, die mit der im 20. Jahrhundert vergleichbar sind.
Bild: Max-Planck-Institut fr Sonnensystemforschung

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Fr viele Untersuchungen ber die Ursachen der Sonnenaktivitt und ihre mgliche Wirkung auf langfristige Schwankungen des Erdklimas ist die Zeitspanne ab dem Jahr 1610, fr die systematische Aufzeichnungen von Sonnenflecken vorliegen, viel zu kurz. Fr die Zeit davor muss die Sonnenaktivitt aus anderen Daten abgeleitet werden. Diese Informationen sind auf der Erde in Form so genannter "kosmogener Isotope" gespeichert. Das sind radioaktive Atomkerne, die in der oberen Atmosphre der Erde produziert werden, wenn ein energiereiches Teilchen der kosmischen Strahlung auf ein Luftmolekl trifft. Eines dieser Isotope ist C-14 (radioaktiver Kohlenstoff mit einer Halbwertszeit von 5.730 Jahren), das auch zur Altersbestimmung von Gegenstnden aus Holz dient (C-14-Methode). Die Menge des produzierten C-14 hngt stark von der Zahl der Teilchen der kosmischen Strahlung ab, welche die Erdatmosphre erreichen. Diese Zahl wiederum schwankt mit der Strke der Sonnenaktivitt: Ist die Aktivitt hher, so bildet das Magnetfeld der Sonne einen effektiven Schutzschild gegen diese Teilchen, ist die Aktivitt geringer, steigt die Intensitt der kosmischen Strahlung an. Folglich wird bei hherer Sonnenaktivitt weniger und bei geringerer Sonnenaktivitt mehr C-14 produziert.

Das auf diese Weise in der Hochatmosphre gebildete C-14 gelangt in die Biosphre und wird unter anderem in die Biomasse von Baumstmmen eingebaut. Einige dieser Baumstmme knnen Jahrtausende nach ihrem Tod noch intakt aus dem Untergrund geborgen und das in ihnen gespeicherte C-14 gemessen werden. Aus den Baumringen kann man dann durch Vergleich verschiedener Bume, deren Lebenszeit sich berlappt, das Jahr bestimmen, in dem das C-14 aufgenommen wurde. Auf diese Art konnten die Forscher jetzt die Produktionsrate von C-14 ber 11.400 Jahre zurck verfolgen, d.h. bis zum Ende der letzten Eiszeit. Die Max-Planck Forscher haben nun zusammen mit ihren Kollegen aus der so bestimmten Produktionsrate des C-14 anhand einer Reihe physikalischer Zusammenhnge die Zahl der Sonnenflecken ber diese 11.400 Jahre berechnet. Diese Zahl ist auch ein gutes Ma fr die Strke der verschiedenen anderen Phnomene der Sonnenaktivitt.

Die Rekonstruktionsmethode, welche jedes Glied der komplexen Kette - von der Isotopenhufigkeit in den Baumringen bis hin zur Sonnenfleckenzahl - mit konsistenten physikalischen Modellen beschreibt, konnte durch den Vergleich mit den historischen Aufzeichnungen ber Sonnenflecken und mit frheren Rekonstruktionen der Forschergruppe auf der Basis des kosmogenen Isotops Beryllium-10 in den polaren Eisschilden geeicht werden. Dies betrifft sowohl die Bildung der Isotope durch die kosmische Strahlung, die Modulation der kosmischen Strahlung durch das interplanetare Magnetfeld als auch den Zusammenhang zwischen dem Magnetfeld der Sonne und der Zahl ihrer Flecken. Auf diese Weise gelang es den Wissenschaftlern erstmals, eine quantitativ zuverlssige Bestimmung der Sonnenfleckenzahl fr den gesamten Zeitraum seit dem Ende der letzten Eiszeit zu gewinnen.

Da auch die Helligkeit der Sonne leicht mit der Sonnenaktivitt schwankt, ergibt sich aus der neuen Rekonstruktion auch, dass die Sonne heute etwas heller scheint als in den 8.000 Jahren davor. Ob dieser Effekt einen wesentlichen Beitrag zur globalen Erwrmung des Erdklimas im vergangenen Jahrhundert geleistet haben knnte, ist eine offene Frage. Die Forscher um Sami K. Solanki weisen jedoch darauf hin, dass die Sonnenaktivitt seit etwa 1980 auf ungefhr konstantem Niveau verharrt - abgesehen von Schwankungen mit dem 11-jhrigen Aktivittszyklus der Sonne -, whrend die Temperatur auf der Erde in diesem Zeitraum einen starken Anstieg erfahren hat. Allerdings zeigt der hnliche Verlauf von Erdtemperatur und Sonnenaktivitt whrend der letzten Jahrhunderte (mit Ausnahme der letzten 20 Jahre), dass der Zusammenhang zwischen Sonnenaktivitt und Erdklima weiterer Erforschung bedarf.

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Verwandte Links:

[1] MPG-Presseinformation "Welche Bedeutung hat die Sonne fr das globale Klima?" vom 2. August 2004

Originalverffentlichung:

Sami K. Solanki, Ilya G. Usoskin, Bernd Kromer, Manfred Schssler, Jrg Beer
Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years
Nature, 28 October 2004

Ilya G. Usoskin, Sami K. Solanki, Manfred Schssler, Kalevi Mursula, Katja Alanko
A Millenium Scale Sunspot Reconstruction: Evidence For an Unusually Active Sun Since the 1940's
Physical Review Letters, 91, 211101 (1993)

Sami K. Solanki, Natalie A. Krivova
Can solar variability explain solar warming since 1970?
Journal of Geophysical Research,108, doi 10.1029/2002JA009753 (2003)