Auringon vaikutus ilmastonmuutokseen on vähäinen
Aurinko säteilee eniten auringonpilkkujen määrän ollessa suurimmillaan ja vähiten, kun auringonpilkkuja on vähän. Säteilyyn kuuluu myös sähköisesti varautuneita hiukkasia. Niiden vaihtelujen vaikutus maapallon ilmastoon on hyvin pieni.
Aurinkovakio ei olekaan vakio
Aurinko antaa säteilyenergiaa ilmakehän ulkorajalla keskimäärin 1365 wattia neliömetriä kohti (W/m2). Lukua kutsutaan usein aurinkovakioksi, vaikka se muuttuu hieman kaiken aikaa. On tärkeää tutkia, miten aurinkovakio vaihtelee, koska nämä säteilytehon määrän muutokset voivat vaikuttaa myös maapallon ilmastojärjestelmään. Muutokset vaikuttavat suoraan myös ilmakehän vastaanottaman energian määrään. Aihetta on tutkittu jo 1800-luvulta lähtien.
Auringonpilkut vaihtelevat 11 vuoden jaksoissa
Auringonpilkkujen esiintyminen vaihtelee keskimäärin 11 vuoden jaksoissa (kuva 1). Viimeisin pilkkumaksimi oli vuonna 2014 ja pilkkuminimi 2009. Seuraava pilkkuminimi ajoittunee vuosiin 2018–2020. Joskus auringonpilkut katoavat lähes tyystin, kuten tapahtui 1600-luvun loppupuolella (Maunderin pilkkuminimi 1645–1715). Vastaavanlainen vähäpilkkuinen kausi oli 1800-luvun alussa (Daltonin minimi). Pilkkumaksimit olivat tavanomaista voimakkaampia 1900-luvun puolivälissä ja lopulla (Uuden ajan maksimi). Nyt meneillään oleva pilkkujakso (2009–) on aikaisempiin verrattuna heikko. Auringonpilkkujen määrä kääntyi laskuun vuonna 2014.
Satelliittimittausten perusteella tiedetään, että auringonsäteilyn voimakkuus on suurimmillaan pilkkujen esiintymisen maksimiaikoina ja pienimmillään silloin, kun pilkkuja on vähiten. Vaikka tummat auringonpilkut vähentävät auringon lähettämää säteilyä, pilkkuja ympäröivät voimakkaan säteilyn alueet korvaavat ja ylittävätkin tämän vähentymän. Runsaiden pilkkujen aikaan auringossa tapahtuu myös voimakkaita hiukkaspurkauksia, joiden seurauksena revontulet syttyvät napaseutujen taivaalle.
Kuva 1. Auringonpilkut vuosina 1610–2015 [1]. Auringonpilkkujen määrä vaihtelee tyypillisesti 11 vuoden jaksoissa.
Auringon säteilyn vaihtelun vaikutus lämpötilaan on pieni
Ero auringon säteilytehossa maapallon ilmakehän ylärajalla on noin 1 W/m2 siirryttäessä pilkkuminimistä maksimiin (kuva 2). Teoreettisesti tämä aiheuttaisi maapallon lämpötilaan noin ± 0,1 °C:n vaihtelun auringonpilkkujakson aikana. Muutos on kuitenkin niin pieni, että se peittyy helposti muista syistä aiheutuvan lämpötilavaihtelun alle. Vaihtelu on myös suhteellisen säännöllistä lämpenemistä ja jäähtymistä, joten pitkäaikaiseen ilmastonmuutokseen ei auringon pilkkuvaihtelusta jää paljoa jäljelle. Arvioiden mukaan auringon säteilyn hidas kasvu esiteolliselta ajalta 1750-luvulta nykyaikaan on tuottanut alle 10 prosenttia siitä lämmittävästä vaikutuksesta, joka samana aikana on aiheutunut ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöistä ja muista syistä. [2], [3]
Kuva 2. Auringon säteilytehon vaihtelu (W/m2) satelliittimittausten mukaan vuosina 1977–2015 [4]. Auringon kokonaissäteilyteho on keskimäärin noin 1365 W/m2. Punainen viiva on säteilytehon vuositason poikkeama pitkän ajan keskiarvosta. Musta viiva kuvaa auringonpilkkujen määrää.
Auringon säteilyn vaihtelut näkyvät ilmakehän yläosissa
Auringonpilkkujakson aikana myös auringon lyhytaaltoisen ultraviolettisäteilyn (UV) voimakkuus vaihtelee. Sitä saadaan eniten pilkkujen maksimien aikoihin. UV-säteily muuttaa yläilmakehän (stratosfäärin) otsonipitoisuuksia ja vaikuttaa ylemmän ilmakehän laajan mittakaavan kiertoliikkeisiin. Ilmakehämalleilla on voitu tutkia näiden ilmiöiden vaikutuksia ilmakehän alemmissa kerroksissa, jonne välittyy heikkoja aurinkoperäisiä lämpötilan muutoksia.
Eniten auringon aktiivisuuden muutokset vaikuttavat maapallon ilmakehän ylimpiin kerroksiin 100 kilometrin korkeudesta ylöspäin. Siellä ilmakehän fysikaalinen tila ja sen muutokset ovat täysin auringon aktiivisuuden säätelemiä. Auringon aika-ajoin avaruuteen lähettämä voimakasenerginen säteily ja hiukkaspurkaukset osuvat maapallon ioni- ja magneettikehiin aiheuttaen niissä suuria muutoksia. Kyseisiä muutoksia kutsutaan avaruussääksi, ja ilmiön hitaita vaihteluja auringonpilkkujaksosta toiseen avaruusilmastoksi. Avaruussään tunnetuimpia ja näyttävimpiä ilmenemismuotoja ovat napa-alueilla esiintyvät revontulet. Myrskyisä avaruussää haittaa satelliittien toimintaa ja on uhka miehitetyille avaruuslennoille.
Avaruuden kosmisen säteilyn vaikutusta maapallon ilmastoon ei ole havaittu
Selityksiä maapallon ilmastovaihtelulle on haettu myös avaruuden kosmisesta säteilystä, jonka maapallolle tulevaa määrää säätelee auringon avaruuteen puhaltama hiukkaspilvi, aurinkotuuli. Hypoteesina eli oletuksena on, että kosmisen säteilyn ilmakehässä synnyttämät ionit muuttaisivat maapallon pilvisyyttä, joka taas säätelisi lämpötilaa ilmakehässä. [5] Laboratorio-oloissa ionisaation ja uusien pienhiukkasten muodostumisen välille on löydetty yhteys [6], [7]. Näiden hiukkasten olisi kuitenkin kasvettava halkaisijaltaan noin satakertaisiksi ja massaltaan yli satatuhatkertaisiksi voidakseen toimia pilvipisaroiden tiivistymisytiminä. Tämä kestää useimmiten vuorokausia, missä ajassa suurin osa hiukkasista poistuu sateen mukana ja törmäyksissä suurempiin hiukkasiin. Vaikka hiukkasten kasvu pilviytimiksi on ilmakehäkokeissa osoitettu mahdolliseksi [8], kosmisen säteilyn osuus prosessissa lienee vähäinen, sillä ilmaston tähänastisista vaihteluista sen vaikutuksia ei ole onnistuttu löytämään [9], [10].
Kasvihuonekaasupäästöt muuttavat ilmastoa aurinkoa enemmän
Auringon säteilyn muutokset vaikuttavat siis maapallon ilmastoon, ja niiden osuus huomioidaan ilmastomalleissa. Vaikutus jää kuitenkin vähäiseksi ilmakehän muiden vaihtelujen rinnalla. Erityisesti nykyilmastonmuutoksen keskeisen tekijän eli ihmiskunnan aiheuttaman kasvihuoneilmiön vahvistumisen rinnalla auringon vaikutus on toisarvoinen. Eräiden tutkimuksien mukaan auringonpilkkujen esiintyminen saattaa tulevina vuosikymmeninä vähetä merkittävästi. Vaikka näin kävisikin, se ei merkittävästi hidastaisi meneillään olevaa ilmaston lämpenemistä. [11]