Sent på kvelden den 11. november 1572 oppdaget Tyge Brahe, til sin store overraskelse, en ny og strålende stjerne i stjernebilde Kassiopeia, som han døpte ”De Nova Stella”. I dag vet vi at den nye stjernen i realiteten var en eldre stjerne, som endte sitt liv i en såkalt supernovaeksplosjon. Uansett årsak brøt oppdagelsen med de gamle grekernes oppfatning om at stjernehimmelen var evig og statisk.
At himmelen ikke er statisk, er nå allment kjent, men det er ikke allment kjent at de endringer som er relatert til stjerners liv og død, som foregår mange lysår vekk fra oss, påvirker Jorden. Faktisk har eksploderende stjerner i Melkeveien stort sett styrt jordens klima, og styrt våre levevilkår, ifølge de siste 20 års forskning på feltet.
Det siste store spørsmålet relatert til Melkeveien, har nettopp blitt besvart, og offentliggjort i tidsskriftet «Nature Communications», sammen med mine kollegaer og samarbeidspartnere, Martin Enghoff, Nir Shaviv og Jacob Svensmark. Resultatet av forskningen forteller oss at Melkeveien og jordens skydekke har meget tett sammenheng, og store konsekvenser for klimaet og livet på jorden.
Forskningen startet i 1995, med grunntanken om at Solen var i stand til å påvirke klimaet vårt, igjennom å endre jordens skydekke. Ideen var enkel, og kunne dels underbygges av satellittobservasjoner av skyer. Da det samtidig var utallige studier som viste at historiske endringer i klimaet følger endringene i solens aktivitet, var det en helt naturlig hypotese jeg måtte undersøke nærmere.
Kort fortalt er solens aktivitet, igjennom magnetfeltet i solvinden, i stand til å endre mengden av kosmisk stråling som strømmer til solsystemet vårt. Kosmisk stråling består i hovedsak av meget energirike atomkjerner, hvis energi er skapt i etterdønningene av supernovaeksplosjoner, det vil si stjerner som dør i en kjempeeksplosjon. Den energirike kosmiske strålingen beveger seg rundt i det interstellare rommet, og en liten del av strålingen havnet i vårt solsystem, og trenger ned i jordens atmosføre. Her danner den positive og negative ioner, som hjelper molekyler med å klumpe seg sammen til aerosoler og vokse til kondensasjonskjerner. Uten disse kondensasjonskjernene ville vanndamp ikke kunne kondensere til skydråper, og dermed danne skyer. Endres den kosmiske strålingen, endres antallet kondensasjonskjerner, som igjen har betydning for hvor lenge en sky lever, og med andre ord hvor skyet det er.
Oppsummert betyr et endret skydekke at mer eller mindre sollys reflekteres ut i rommet igjen, som i siste instans påvirker temperaturen, og dermed klimaet. Mer kosmisk stråling, betyr flere skyer, og et kaldere klima. Mindre stråling betyr færre skyer, og et varmere klima. Slik lyder hypotesen.
Så kom mulighet til å teste ideene eksperimentelt, og i 2007 publiserte vi de første resultater, som tydelig viste at kosmisk stråling hjalp molekyler med å klumpe seg sammen til små aerosoler. Vi ble umiddelbart optimistiske, men så lett var det selvsagt ikke! De små aerosolene må øke sin vekt nesten en millioner ganger, for å kunne fungere som kondensasjonskjerner, og mellom 2009 og 2011 tok andre forskningsgrupper opp igjen teorien, konkluderte ved blant annet computermodeller, at aerosoler ble borte innen de var store nok til å påvirke skyene. I vitenskapsmiljøet ble det dermed konkludert med at teorien var død.
Computermodellene reflekterer ikke nødvendigvis den fulle og hele sannhet, og på DTU besluttet vi å teste eksperimentelt om det faktisk er korrekt at små aerosoler ikke kan vokse seg store. Først gjennomførte vi et eksperiment hvor en mengde små aerosoler ble sendt inn i et stort skykammer, uten ioniserende stråling. Ganske riktig, på tross av at vi økte antallet små aerosoler betraktelig, gikk de tapt før det ble store nok til å bli kondensasjonskjerner, helt i tråd med computerresultatene. Men da vi gjentok forsøket med ioniserende stråling, vokste alle de små partiklene opp, og ble til kondensasjonskjerner, stikk i strid med computerresultatene.
De eksperimentelle resultatene ble publisert i 2013, men på tross av resultatene, var innvendingene fra flere hold at slike resultater kan oppstå i vårt skykammer, men i den virkelige atmosfære er det for mange andre prosesser som danner kondensatorkjerner, og den mekanismen vi ser i eksperimentet vil således være ubetydelig i den virkelige verden.
Naturen er likegyldig til hva vi tror om den, og det er derfor veldig beleilig at solen fra tid til annen utfører eksperimenter med hele jorden. Dette skjer når solen sender store plasmautbrudd av sted mot jorden, og atmosfæren påvirkes av det konstante bombardement av kosmisk stråling. Denne effekten brukte vi i 2016 til å undersøke effekten på jordens skydekke, og fant ut av det etter én uke etter store solutbrudd, dannes færre aerosoler og skyer. Denne fysiske mekanismen virker også i den virkelige verden.
I begynnelsen av min forskning hadde jeg ingen anelse om hvor omfattende betydningen av denne kosmiske strålingen kunne være for jordens klima, før Nir Shaviv i 2002 viste at sammenhengen også holder for astronomisk tidsskala. På samme måte som at jorden beveger seg rundt solen på et år, beveger vårt solsystem seg rundt Melkeveiens sentrum i løpet av ca. 240 millioner år. I løpet av den reisen beveger solsystemet seg inn og ut av områder med mer eller mindre stjernedannelse, og dermed mer eller mindre kosmisk stråling. Dette skyldes at stjernedannelsen er arnestedet for skapelsen av store og kortlivede stjerner, som ender sine liv i en supernovaeksplosjon, og blir hovedkilden til den kosmiske strålingen.
I 2012 kunne jeg vise at klimaendringene er så store, at de også har innflytelse på forholdene for liv på jorden. Man kan blant se målinger av tungt kullstoff-13, som en måleparameter for mengden av fotosyntese som skjer i havet. Kullstoff-13-signalet blir lagret i sedimenter, når organisk og ikke-organisk materiale synker ned på havbunnen. Hvis man sammenlikner dette signalet med stjernedannelsen, og dermed hyppigheten av supernova igjennom de siste 500 millioner år, får man en utrolig korrelasjon. Ikke nok med det, det viser seg og at diversiteten (mangfoldet av liv) i havene avhenger av havnivået, som igjen er bestemt av tektonikk, størrelsen av iskapper og supernovaaktiviteten, og ikke noe særlig annet enn det!
Overordet betyr dette at evolusjonen av Melkeveien, og evolusjonen av livet her på jorden har en tett sammenheng. Dette er i seg selv en stor oppdagelse.
Det er derfor mye som tyder på at kosmisk stråling har stor betydning, men for å konkludere hypotesen, manglet vi en siste forklaring på hvordan den kosmiske strålingen får små aerosoler til å bli kondensatorkjerner, og dermed påvirke skyene. Derfor gikk et teoretisk og eksperimentelt program i gang på Danmarks Tekniske Universitet.
Dette medførte at vi igjennom fire år jobbet i vårt laboratorium på DTU, i en kjeller med et 8 kubikkmeter stort skykammer, og undersøkte hva som skjer når aerosoler vokser under innflytelse av kosmisk stråling. Etter fire år med prøving og feiling, har vi funnet den etterlyste forklaring. Ikke noe «Eureka-øyeblikk», men en lang og krevende prosess. Forklaringen er en oversett effekt av ioners ladning, og deres masse som får aerosolene til å vokse raskere, og ved hurtigere vekst vil flere av aerosolene overleve til kondensatorkjerner. Jo mer kosmisk stråling, dess flere kondensatorer, dess flere og tettere skyer, dess kaldere klima. Således henger hele historien mening
Jeg er sikker på at mange vil finne denne forskningen provoserende, for helt siden starten i 1996 har det vært en stor motstand mot denne type forskning. Som alle vet, er det store økonomiske og politiske interesser bak påstanden om at det er menneskene som påvirker klimaet.
Tanken om at det kosmiske stråling, gjennom solens aktivitet også er av betydning, har blitt møtt med massiv ikke-vitenskapelig kritikk. Det er kanskje heller ikke så overraskende at det har vært vanskelig å få finansiering til slik forskning. Uavhengig av motstanden, har vi nå resultater som bryter med den etablerte oppfattelsen om at jorden er hermetisk lukket for ekstern påvirkning. For eksempel gir man i geologien CO2 skyldes for klimaendringer de siste 500 millioner år. Men klimaendringene er drevet av stjernene, som gjennom deres påvirkning på livet på jorden, har vært med på å bestemme CO2-nivået i atmosfæren. Kosmisk stråling har stor betydning på vårt fremtidige klima, og er definitivt noe vi må studere nærmere!