2010. aasta talv oli Põhja-Euroopas ebaharilikult külm. On märke selle kohta, et tegemist ei ole statistilise juhuslikkusega, vaid et põhjuste otsimisel tuleks pilk hoopis Päikese poole pöörata. Nimelt oli Päikese aktiivsus samal perioodil ebaharilikult madal.
Madal aktiivsus võib mõjutada stratosfääri jugavoolusid (jet streams), takistades Atlandi ookeanilt sooja mereõhku toova läänetuule liikumist, mis tavaliselt meie talvekliima suhteliselt pehmeks muudab. Nii arvab inglise kosmosefüüsika professor Michael Lockwood Readingi Ülikoolist. Oma uuringus ta väidab, et Päike ei olegi nii stabiilne nagu enamik teadlasi praeguse ajani on arvanud. Seda väidet kinnitavad ka mitmed muud teadusuuringud, mis tõestavad terve rea Päikesega seotud asjaolude üllatavalt suurt varieeruvust. Üks kõige silmatorkavamaid kõrvalekaldeid on seotud päikeseplekkide arvuga. Viimase 300 aasta jooksul on päikeseplekid tekkinud ja kadunud 11aastaste tsüklite kaupa. Kuid viimane tsükkel oli tavalisest pikem ja selle muutsid väga ebatavaliseks mitmenädalased ajavahemikud, mil plekid puudusid sootuks.
Päikeseplekkide vähesus pakub ka huvi seoses Lockwoodi teooriaga Päikese aktiivsuse ja Põhja-Euroopa külmade talvede vahelise seose kohta: kui plekke on palju, on ka rohkesti Päikesepurskeid ning aktiivne Päike saadab välja suhteliselt palju ultraviolettkiirgust. Ja UV-kiirgus mõjutabki Maa atmosfääri ülemisi kihte kõige rohkem. Lockwoodi teooria kohaselt neeldub UV-kiirgus osoonikihis maapinnast 20-50 km kõrgusel, soojendades stratosfääri. See tekitab stratosfääris tuuli ja Lockwoodi mudelarvutuste kohaselt ulatub mõju ka maapinnast 7-12 km kõrgusele jäävasse troposfääri, kus liiguvad jugavoolud. Kuigi veel ei ole selge, kuidas mehhanism toimib, on seose olemasolu ilmne.
Ulatusliku statistilise materjali põhjal on Lockwood järeldanud, et Euroopa külmad talved on seotud madala päikeseaktiivsusega – kõige värskem näide on 2009-2010. aastate talv.Külmad talved on vaid kohalik nähtus, mille põhjuseks on jugavooludes toimunud muutused, mis takistavad Atlandi ookeani sooja mereõhu pääsu mandrile, vabastades tee Siberist puhuvatele külmadele tuultele. Maa kliima tervikuna sellest ei muutu. Tegelikult oli 2010. aasta ülemaailmses mastaabis väga soe aasta. Veel arvab Lockwood, et Päikese aktiivsus on viimase 100 aasta jooksul vähenenud ning et päikeseplekid võivad pikemaks ajaperioodiks täielikult kaduda.
Plasma jõudis poolusteni
Dr. Mausumi Dikpati ja tema uurimisrühm Colorado Atmosfääriuuringute Keskusest on nüüd andnud päikeseaktiivsuse vähenemisele veel ühe võimaliku seletuse. Nagu Maa kohal ookeanihoovused, liiguvad Päikese pealispinna all kuuma plasma vood. Tavaliselt voolab plasma Päikese pealispinna all ekvaatorilt pooluste suunas, kus gaas vajub alla ja hakkab ekvaatori suunas tagasi liikuma. Nagu maapealsed ookeanihoovused võivad ka Päikese gaasivood muutuda. Tavaliselt liiguvad plasmavood vaid kaks kolmandikku teest poolusteni ja vajuvad siis alla. Kuid viimati 2008. aastal jõudis peaaegu kogu plasmavoog poolustele välja ning selle tagasiliikumine toimus aeglasemalt kui tavaliselt. Mudelarvutused tõestavad, et muutused plasmavoo liikumises võivad selgitada Päikese väga madalat aktiivsust. Kõige olulisemaks küsimuseks on nüüd see, kas on tegemist ajaliselt piiratud nähtusega või on see püsivamale muutusele viitav märk. Ehk suudavad sellele küsimusele vastuse anda Päikese lähiuuringuteks mõeldud uued satelliidid.
Päikesetuul nõrgeneb
Plekkide vähesus ei ole ainus Päikesega seotud ebatavaline asi. Samuti näitavad mõõtmistulemused, et veidi on vähenenud Päikesest lähtuva nähtava valguse kiirgus (0,02 protsenti) ja üsna palju UV-kiirgus (tervelt 6 protsenti) – mõlemad võrrelduna eelmise päikeseplekkide madalaima tasemega 1996. aastal. Teise uuringu andmetel ei ole päikesetuul nende 50 aasta jooksul, mil seda on mõõdetud, olnud kunagi nii nõrk nagu praegu. Päikesetuul on Päikeselt lähtuv elektriliselt laetud osakeste voog, mille tavakiirus on 400 kilomeetrit sekundis. Euroopa kosmosesondi Ulysses mõõtmistulemuste põhjal langes päikesetuule rõhk 2008. aastal 20 protsendi võrra. Ja lõpuks saatis Päike Maa suunas tavalisest palju vähem raadiolainepikkustel kiirgust. Nii oligi kiirgus lainepikkusel 10,7 sentimeetrit nõrgim 1955. aastast alates.
Eraldi ei ole ükski neist muutustest murettekitav, kuid kõik koos on need tõestuseks selle kohta, et me ei tohiks pidada Päikese stabiilset käitumist iseenesestmõistetavaks. Seda ohtu küll ei ole, et Päike võiks äkitselt paisuma hakata ja muutuks punaseks hiiuks või et sellega toimuks mõni muu sama dramaatiline muutus. Kuid uurijate kliimamudelite jaoks on need võnkumised väga olulised. Praeguseni on arvatud, et me peaksime rahulduma maapealsete kliimat mõjutavate tegurite uurimisega, keskendudes eeskätt atmosfääri paisatavale kasvuhoonegaaside hulgale. Kuid kui Päike on tõepoolest oma käitumist muutmas, tuleb ka kliimamudelitele hakata täiesti uusi parameetreid lisama.
Puutüvede aastarõngad näitavad Päikese aktiivsust
Et mõista Päikese käitumist pikema aja vältel, peame me teadma, millised tingimused valitsesid meie tähel mitu tuhat aastat tagasi – seega kaua enne seda aega, kui meie, inimesed, oma mõõtmisi hakkasime tegema. Päikese aktiivsusest tuhandete aastate eest aitab meil aimu saada maapealsete isotoopide mõõtmine. Antud juhul mõõdetakse süsinikuisotoobi 14C kogust puutüvede aastarõngastes ja berülliumiisotoobi 10Be hulka jääkoore puursüdamikes. Need väärtused sõltuvad Maale jõudnud kosmiliste kiirte hulgast. Ning kosmilised kiired sõltuvad omakorda Päikese magnetväljast, mis on kõige tugevam Päikese kõrge aktiivsuse ajal. Selliseid analüüse uurides avastas Michael Lockwood järgmise seaduspärasuse: Päikese aktiivsus tõuseb aeglaselt 300-aastase perioodi vältel ja langeb siis kiiresti vaid 100 aasta jooksul.
Lockwoodi arvates lõpeb Päikese aktiivsuse langusperiood teatavatel juhtudel pika ajavahemikuga, mil päikeseplekid peaaegu täielikult puuduvad. Vähemalt Euroopas on neile perioodidele olnud iseloomulik külm kliima. Selliseid perioode on olnud mitmeid. Uuema aja kolm kõige tuntumat perioodi on Spöreri miinimum aastatel 1415-1510, palju kõneainet andnud Maunderi miinimum ajavahemikus 1645-1715 ja Daltoni miinimum aastatel 1795-1820. Üheskoos iseloomustavad need kolm miinimumi Euroopa ja Põhja-Ameerika pikka külmaperioodi, mida tuntakse „väikese jääaja” nime all. Näiteks oli tol ajal sageli võimalik Thamesi jõel uisutada – tänapäeval saab seda vaid haruharva teha. Näib, et umbes 1000. aasta paiku olnud soojaperiood on seotud Päikese kõrge aktiivsusega.
Kuid ka siin, nagu kliimauuringute puhul tavaliselt, on raske öelda midagi konkreetset põhjuste kohta. Võib ju olla, et Euroopa ja Põhja-Ameerika kliimakülmenemine oli vaid kohalik nähtus ja pealegi võisid sellele mõju avaldada ka muud tegurid peale Päikese. Üheks võimaluseks on vulkaanilise tegevuse aktiivsuse kasv, mistõttu atmosfääri paisati suuremaid tuha- ja aerosoolide koguseid, millel on tugev jahutav toime. Ehk nende kahe teguri – päikesekiirguse ja vulkaanipursete – koosmõju tugevdaski kliimamuutusi, mis viisid väikese jääaja tekkele.
Uus miinimum võib olla tulekul
Meie jaoks on muidugi kõige olulisem leida vastus küsimusele, kas meid ootab ees uus Maunderi miinimum või mõni muu sarnane nähtus, mis võib Maa kliimat oluliselt mõjutada. Praegusel hetkel on märke selle kohta, et Päikese aktiivsus on jälle hakanud kasvama. Kuigi päikeseplekkide arv on püsinud pikka aega miinimumis, näib, et me saame, kuigi mõnevõrra hilinenult, uue päikeseplekkide maksimumi. Mitmed uuringud viitavad siiski sellele, et järgmise maksimumi intensiivsus jääb tavalisest madalamaks.
Arizona päikeseobservatooriumi asedirektor Mark Giampapa on Päikese arengut jälginud pikema aja vältel. Analüüsides alates 1980-aastatest päikeseplekkide kohta kogutud andmeid, on ta leidnud, et magnetvälja tugevus plekkides on hakanud vähenema. Giampapa arvates viitab see sellele, et Päike liigub uue pikaajalise Maunderi miinimumi meenutava plekkideta perioodi suunas. See sobib hästi kokku Lockwoodi tähelepanekutega selle kohta, et Päike on läbimas väheneva aktiivsuse perioodi. Siiski ei ole kindel, kas uus pikaaegne miinimum mõjutab kliimat samamoodi nagu eelmisel korral ja tekitab väikese jääaja. Nimelt on praegu atmosfääris oluliselt rohkem CO2, mis võib arengut muuta.
Päike ei ole päris tavaline
Üks viis Päikese käitumise mõistmiseks on tema varasema aktiivsuse analüüsimine. Teiseks võimaluseks on teiste sama tüüpi tähtedega võrdlemine. Päike on 6000-kraadise temperatuuriga G-spektriklassi kuuluv täht ning Linnuteesse kuulub miljoneid sama tüüpi tähti. Koos mitmete itaalia astronoomidega on Mark Giampapa uurinud 15 Päikesega sarnanevat tähte, mis asuvad M67 hajusparves 2700 valgusaasta kaugusel. Tähed on enam-vähem sama vanad kui Päike (4,6 miljardit aastat) ning peaaegu samasuguse keemilise koostisega.
Vaatamata kaugusele on nende tähtede ja nende pealispinnal olevate plekkide uurimine võimalik. Päikeseplekkide (antud juhul täheplekkide) temperatuur on tähe pealispinna temperatuurist madalam. See võimaldab uurida tähte kahe spektraaljoone põhjal, millest üks on temperatuuritundlik ja teine mitte. Kui on palju madala temperatuuriga plekke, muutub temperatuuritundlik joon sügavamaks ja selgemaks, mistõttu on võimalik täpselt mõõta plekkide suurust ja temperatuuri. Mõõtmisi on tehtud kuus aastat ja esialgse järelduse kohaselt ei ole ühelgi vaadeldud tähel kuue aasta jooksul perioodilisi võnkumisi avastatud. Mõõtmisi jätkatakse veel mõni aasta, et võrrelda Päikese 11-aastast perioodi muude tähtede käitumisega.
Teadlased on ka uurinud, kuidas muutub valgustugevus neil tähtedel, mis M67 täheparvest uurimiseks välja valiti. Tundub, et Päike on stabiilsem ja rahulikum kui enamik sama tüüpi tähti – selle üle peaksime me kindlasti rõõmustama. Selgus, et on üllatavalt raske leida tähti, mille keemiline koostis sarnaneks Päikese omale. See on vastuolus traditsioonilise arusaamaga Päikesest kui täiesti tavalisest ja igavast tähest. Päike sisaldab suhteliselt vähe kõrge sulamispunktiga elemente. Kui võrrelda Päikest tähtedega, mida astronoomid kutsuvad Päikese kaksiktähtedeks ja mis asuvad meie Päikesele kõige lähemal, siis on nende kergete elementide (nagu hapnik ja süsinik) sisaldus peaaegu sama, mis Päikesel, kuid selliseid raskemaid elemente nagu alumiinium, raud ja nikkel sisaldavad nad 10-20 protsenti vähem. Üks võimalik seletus on see, et need elemendid on kulunud selliste kiviste planeetide nagu Maa moodustamiseks. Kuid isegi seda seletust arvesse võttes on Päikese keemiline koostis veidi ebaharilik. Kuidas see tema stabiilsust ja käitumist mõjutab, me praegu veel ei tea.
Kuid nii Päikesega sarnanevate tähtede kui ka Päikese enda uurimist jätkatakse maapealsetes päikeseobservatooriumides ja spetsiaalselt selleks otstarbeks kavandatud satelliitidelt. Seega on meil tõenäoliselt juba mõne aasta pärast olemas täpsem vastus küsimusele: “Kas Päikesega on tõepoolest midagi lahti ja kui on, siis mis nimelt?”
Allikas: www.imelineteadus.ee
http://www.imelineteadus.ee/article/2011/2/23/paikesega_on_midagi_lahti
