Wie Supernovae das Klima beeinflussen

Lyngby (Dänemark) - Kosmische Strahlung aus hochenergetischen Protonen, Elektronen und Ionen trifft permanent aus dem All auf die äußeren Schichten der Erdatmosphäre. Diese Teilchenschauer, teils verursacht von fernen Supernovae, haben einen messbaren Effekt auf die Wolkenbildung und damit auf das Erdklima. Diesen Zusammenhang konnten nun dänische Wissenschaftler mit Simulationen und Experimenten in einer Wolkenkammer belegen. Ihre Studie – veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ – hilft auch, den Einfluss der Sonnenaktivitäten auf das Erdklima genauer bestimmen zu können.

„Wir haben das letzte fehlende Puzzleteil entdeckt, um den Einfluss von Teilchen aus dem All auf das Klima der Erde zu erklären“, sagt Henrik Svensmark von der Technischen Universität Dänemark in Lyngby. Gemeinsam mit seinen Kollegen fokussierte er sich auf das Wachstum von größeren Kondensationskeimen aus winzigen Aerosol-Partikeln in der Atmosphäre. Diese Schwebeteilchen aus Schwefeloxiden, Ammoniak oder flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen sind mit wenigen Nanometern Durchmesser noch zu klein, um als Kondensationskeime für Tropfen zu dienen und damit die Wolkenbildung zu unterstützten. Doch die Ionisierung dieser Partikel durch kosmische Strahlung kann die Keimbildung und damit die Entstehung von Wolken signifikant unterstützen.

Dieser Zusammenhang basierte zunächst auf aufwendigen Modellen, mit denen die Forscher das Wachstum von Kondensationskeimen aus Aerosolen simulierten. Tatsächlich half die Ionisation durch die kosmische Strahlung, damit sich Aerosol-Partikel zu größeren Konglomeraten mit mindestens 100 Nanometer Durchmesser zusammenballen konnten. An diesen Kondensationskeimen konnten darauf immer mehr Wassermoleküle andocken, um schließlich zum Tropfen heranzuwachsen. Je nach Stärke zeichnete die kosmische Strahlung für fünf bis fünfzig Prozent des Keimwachstums verantwortlich.

Die Resultate der Berechnungen überprüfte die Arbeitsgruppe um Svensmark darauf mit Experimenten in einer acht Kubikmeter großen Wolkenkammer. Die kosmische Strahlung stellten die Forscher mit ionisierender Gammastrahlung nach. Mit langen Messreihen über zwei Jahre, die insgesamt 3100 Stunden dauerten, konnten die Forscher bestätigen, dass sich winzige Schwefelsäure-Partikel nach einer Ionisierung verstärkt zu Kondensationskeimen zusammenballen konnten. Die ionisierende Gammastrahlung ließ die Wachstumsrate dieser Partikel um bis zu 30 Prozent ansteigen.

Svensmark und Kollegen konnten so theoretisch und experimentell den Einfluss kosmischer Strahlung auf die Wolkenbildung nachweisen. Damit lassen sich auch die indirekten Auswirkungen der Sonnenaktivität auf das Erdklima genauer bestimmen. Denn in Zeiten schwacher Sonnenaktivitäten gelangt wegen schwächerer Magnetfelder mehr kosmische Strahlung bis zur Erde. Mehr Wolken entstehen und das Erdklima kühlt sich ab. Umgekehrt führt eine starke Sonnenaktivität zu geringerer Wolkenbildung und einer Erwärmung. Temperaturschwankungen um bis zu zwei Grad in den vergangenen 10.000 Jahren könnten sich so erklären lassen. Diese Annahmen der dänischen Forscher sind in der Fachwelt allerdings noch umstritten.

Sollte sich unser Sonnensystem auf seiner Reise durch das Weltall Zonen von mehreren Supernovae annähern, halten die Forscher wegen der stärkeren kosmischen Strahlung sogar Temperaturschwankungen um bis zu zehn Grad für möglich. Solche Ereignisse sind allerdings ausgesprochen selten. Svensmark und Kollegen vermuten, dass sich die Erde zuletzt vor zwei bis drei Millionen Jahren einer Supernova angenähert haben könnte.