氣候變遷怪太陽 (1)

氣候變遷怪太陽 (1)
知識通訊評論第45期

物理學家與氣候科學家長久來都在爭論，太陽的改變是否會影響地球氣候。現在科學家利用原本探測宇宙射線的雲霧室，試圖來釐清這場辯論。

雲霧室裡的離子軌跡。

威爾森 (C. T. R. Wilson) 在二十世紀初發明的雲霧室 (cloud chamber) ，為人類的檢測世界開拓一個小宇宙。在充滿水蒸氣的雲氣室裡，離子周圍聚集的連串水珠，讓物理學家有辦法看到粒子；粒子移動遺留的軌跡，就像飛機在天際留下的凝結尾。然而到了二十世紀後期，受到氣泡室 (bubble chamber) 以及後來一些裝置發明的衝擊，雲霧室逐漸黯然失色。

這就是全世界最大的粒子物理實驗室，位於瑞士日內瓦的歐洲粒子物理研究中心 (CERN) 的一組國際科學家在大力利用雲霧室的新聞，令人大吃一驚的原因了。他們使用的雲霧室，跟一九五四年CERN創立時那批物理學家使用的非常類似；不同的是，這些科學家不是用雲霧室來尋找次原子粒子，而是想透過雲霧室中的粒子來瞭解雲層。

這項稱為「戶外水珠宇宙學」（ Cosmics Leaving Outdoor Droplets ，簡稱 CLOUD ）的實驗，是為了解決少數物理學家與天文學家，跟主流氣候學家之間，偶爾會擦槍走火的一項火爆辯論：物理學家與天文學家認為宇宙射線對地球氣候影響很大，氣候學家則不以為然。因此 CLOUD 實驗利用 CERN 的質子同步加速器 (Proton Synchrotron) 產生的粒子束，代替宇宙射線，來自九個國家的大氣物理學家、化學家與太空科學家，攜手研究宇宙射線會如何的影響雲層結構。

實驗所用的雲霧室經過特別設計，與先前探測粒子的雲霧室不盡相同。計畫負責人柯克比 (Jasper Kirkby) 表示，預定今年十月原型機器可以發出第一道粒子束；除非九百一十萬歐元（折合三億七千九百三十萬新台幣）的預算出了差錯，不然機器將於二○一○年全面運作。

「我們非常有信心，屆時會產生一些非常有意思的物理成果。 —- 柯克比」

太陽陷阱

雲層與宇宙射線之間的關係，最早是由史文斯馬克 (Henrik Svensmark) 跟富萊斯克利斯坦森 (Eigil Friis-Christensen) 於一九九七年，在《大氣與日地物理期刊》 (Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics) 上所指出。他們注意到一九八七年到一九九○年間，全球雲量下降了大約百分之三，同一時間抵達地球的宇宙射線也下降了百分之三點五，與太陽黑子數量的尖峰期吻合。在看過從一九七○年到一九八九年之間的海面與陸地溫度，以及宇宙射線的資料後，他們得出結論，認為取決於太陽黑子循環的宇宙射線強度，可能會對全球雲覆率產生影響。

太陽活動變化會影響地球氣候的觀點，其來有自。早在一九七○年代，美國天文學家艾迪 (Jack Eddy) 就發現，十七世紀與十八世紀間的太陽黑子活動極小期 (Maunder minimum) ，與「小冰河時期」有關；但是太陽輸出能量的變化，似乎不足以造成地球氣候如此的改變。

宇宙射線的假說就可以解決這個問題，因為影響地球的並非太陽輸出的光子數量，而是帶有可改變地球磁場之粒子的太陽風；太陽黑子活動達到高峰時，地球磁場隨之強化，宇宙射線因此有較多被反射掉。史文斯馬克認為，由宇宙射線造成的大氣離子化軌跡，製造出可讓雲中水珠凝結的原子核；較多的宇宙射線意味著有較多的雲朵凝結原子核，造成更多、更白的雲層，從而增加雲層的陽光反射率，讓地球隨之冷卻。

太陽對地球磁場的影響，是宇宙射線造成地球氣候變遷的遠因。

史文斯馬克及其同事，引用洛克伍德 (M. Lockwood) 等人於一九九九年六月三日的《自然》雜誌所發表的研究結果，指出自一九六四年以來，宇宙射線的強度降低了大約百分之三點七，此一趨勢可能早從二十世紀早期就已經開始；根據這份研究，他們進一步指稱，過去一百年來的全球暖化現象，有可能相當大的一部份是宇宙射線造成。