W „Uranii”, czasopiśmie popularyzującym wiedzę astronomiczną, pojawił się artykuł prof. Pawła Rudawego „Kto tu rządzi, czyli globalne ocieplenie z perspektywy astronoma” mający udowodnić, że zmiana klimatu jest wywoływana przez aktywność słoneczną, zmiany jego pola magnetycznego i promieniowanie kosmiczne.

Redakcja „Uranii” miała zapewne dobre intencje, przedrukowując, w praktycznie niezmienionej formie tekst z 2011 roku (dostępny tutaj, s.20), określony jako „jeden z najważniejszych artykułów” w historii czasopisma. Niestety, robiąc to redakcja wyrządziła czytelnikom niedźwiedzią przysługę. Artykuł nie pomaga bowiem „zrozumieć, jak to jest/było naprawdę”, a wręcz przeciwnie: wprowadza w błąd odnośnie związków pomiędzy zmianami aktywności Słońca i globalnym ociepleniem.

Okładki czasopisma Urania.

Okładki czasopisma „Urania” – numery 5/2011 i 5/2020. Za stroną czasopisma.

Odgrzewany kotlet sprzed lat

Nawet 9 lat temu, gdy artykuł prof. Rudawego został opublikowany po raz pierwszy, prezentował on w najlepszym razie bardzo wybiórczy i już wtedy nieaktualny przegląd badań na ten temat, co łatwo sprawdzić czytając obszerny tekst przeglądowy napisany wspólnie przez specjalistów od fizyki Słońca i geofizyków opublikowany w Reviews of Geophysics. Obecnie, w 2020 roku, artykuł z „Uranii” jest nie tylko nieaktualny, lecz wręcz absurdalny.

Ironię sytuacji podkreśla reklamująca artykuł zajawka: „minęła niemal dekada […], a okazuje się, że klimatolodzy nadal nie rozumieją nieoczywistego sprzężenia zwrotnego między wiatrem słonecznym i aktywnością Słońca a natężeniem promieniowania kosmicznego i albedo Ziemi”. W rzeczywistości klimatolodzy wiedzą sporo zarówno o znaczeniu aktywności Słońca dla bilansu energetycznego planety (patrz m.in. Mit: Globalne ocieplenie jest powodowane wzrostem aktywności słonecznej, Pojutrze. Mit wiecznie żywy), jak i znaczeniu promieniowania kosmicznego dla pokrywy chmur (patrz np. rozdz. 7 w 5 Raporcie IPCC czy O tym jak promieniowanie kosmiczne nie wpływa na klimat), tymczasem artykuł prof. Rudawego, który został napisany 9 lat temu, naturalnie nie odwołuje się do żadnych badań wykonanych w ostatniej dekadzie.

Wykres: Zmiany średniej temperatury powierzchni morza i liczby plam na Słońcu.

Rysunek 1. Wykres z artykułu „Kto tu rządzi, czyli globalne ocieplenie z perspektywy astronoma”, opublikowanego Uranii w nr 5/2020. Wykres kończy się w roku 1990.

Wykresy anomalii temperatury oraz strumienia energii słonecznej i koncentracji CO2 w atmosferze.

Rysunek 2. Wykres z artykułu „Kto tu rządzi, czyli globalne ocieplenie z perspektywy astronoma”, opublikowanego Uranii w nr 5/2020. Wykres kończy się w roku 1990. Uwaga na błędny opis: anomalie temperatury dotyczą w rzeczywistości obszaru Arktyki a nie Antarktydy. Oryginalne źródło wykresu Soon, 2005.

Uważny czytelnik zauważy, że zaprezentowane przez prof. Rudawego wykresy, które mają dowodzić korelacji „zmian aktywności Słońca i zmian jego strumienia energii” z „wieloma parametrami hydrosfery, atmosfery czy wprost klimatu” kończą się wiele, nawet 20-30 lat temu (w niektórych przypadkach są też błędnie opisane – np. rysunek opatrzony numerem 16, opisany jako „anomalie temperatury na Antarktydzie” , w rzeczywistości dotyczy Arktyki).

Wersjom wykresów z rys. 1 i 2, wykonanym w oparciu o aktualne, sięgające ostatnich lat dane, przyjrzymy się w dalszej części artykułu.

Profesor Rudawy, jak każdy z nas, ma dostęp do współcześnie dostępnej wiedzy, jednak z jakichś powodów wolał skorzystać ze starych danych, do tego z wybranych miejsc na Ziemi. Dlaczego zmiany aktywności słonecznej miałyby być związane z akurat z temperaturami w Arktyce (rys. 16 w artykule prof. Rudawego) czy przepływami wody w wybranej rzece w Ameryce Południowej (rys. 13 u prof. Rudawego)?

Można podejrzewać, że jest to ilustracją popularnej praktyki zwanej „wybieraniem wisienek”, czyli selektywnego doboru danych, przy jednoczesnym zignorowaniu szerokiego spektrum dowodów nie potwierdzających opinii autora czy wręcz prowadzących do przeciwnych wniosków. W tym przypadku wybieranie wisienek przyjmuje postać „łowienia korelacji”: parametrów hydrosfery, atmosfery i klimatu (takich jak „suma opadów w miejscowości X”, „temperatury powietrza w miejscowości Y”, „przepływ rzeki Z”) jest na tyle dużo, że niektóre z nich mogą, przypadkowo, okazać się skorelowane z dowolną inną serią, taką jak np. jakiś indeks aktywności słonecznej.

Cytowana przez prof. Rudawego publikacja Williego Soona, (Soon 2005, patrz rys. 2), sama w sobie jest klasycznym ćwiczeniem ze zbierania wisienek. Być może wynika to z tego, że – jak napisano w samej pracy – „została ona wsparta hojnymi grantami z Fundacji Braci Koch, Amerykańskiego Instytutu Naftowego oraz Exxon Mobil”, które wszystkie znane są z finansowania fabrykowania wątpliwości klimatycznych (patrz Exxon i fabrykowanie wątpliwości, czyli jak za miliony dolarów zwalczać naukę oraz notki na temat Koch Industries oraz American Petroleum Institute). Sam Wille Soon też zresztą jest „zasłużonym” negacjonistą zmiany klimatu.

Zastosowany przez prof. Rudawego wybiórczy wybór źródeł pod z góry ustalona tezę w dużym stopniu przyczynił się do tego, że jego tekst popularyzuje nie wiedzę naukową, a jedynie mocno subiektywne, i sprzeczne z aktualną wiedzą naukową poglądy autora. Jakie postępy w wiedzy klimatologów przegapił?

Aktywność słoneczna a klimat

„Związki aktywności słonecznej z klimatem” to bardzo szeroki temat i obejmuje wiele procesów, co do których istnienia nie ma żadnych wątpliwości, jak chociażby wynikający z ewolucji Słońca jego powolny wzrost jasności w ciągu ostatnich kilku miliardów lat, albo zmiany temperatury najwyższych warstw atmosfery w cyklu 11-letnim. Poniżej ograniczymy się do tytułowego zagadnienia z artykułu w „Uranii”, czyli wpływu Słońca na globalne ocieplenie.

A wpływ ten jest, jak wynika z badań klimatologów i heliofizyków, bliski zeru. Globalne ocieplenie prezentuje się bowiem, według różnych analiz niezależnych ośrodków, następująco:

Wykres: Anomalia średniej temperatury powierzchni Ziemi, widoczny wyraźny wzrost temperatury, zwłaszcza na przełomie XX i XXI wieku.

Rysunek 3. Anomalia średniej temperatury powierzchni Ziemi względem okresu bazowego 1850-1900 w różnych seriach pomiarowych. Źródło Met Office.

Natomiast aktywność słoneczna, wyrażona zarówno jako strumień energii docierający do Ziemi, jak i indeks liczby plam słonecznych (liczba Wolfa), wyglądała w ostatnich 40 latach tak:

Wykres: zmiany irradiancji słonecznej i indeks plam słonecznych, widoczne oscylacje obu wskaźników w cyklu jedenastoletnim.

Rysunek 4. Zmiany irradiancji słonecznej (według pomiarów różnych instrumentów, zgrane ze sobą w celu utworzenia jednej serii pomiarowej) oraz miesięczny indeks plam słonecznych. Źródło Kopp 2020.

Aktywność słoneczna nie tylko nie wzrosła, ale wręcz nieco spadła. Pomimo tego, pięć najcieplejszych (od co najmniej 1850 r.) globalnie lat odnotowano w ciągu pięciu ostatnich lat. Rok 2020, który ma szansę okazać się rekordowo ciepły w historii obserwacji, przypada na minimum w cyklu słonecznym najsłabszym od co najmniej stu lat.

Zestawienie zmian aktywności słonecznej i temperatury pokazane jest na rys. 5.

Wykres: całkowita irradiancja słoneczna i średnia temperatura w kolejnych latach. Widać, że pod koniec XX wieku krzywe rozbiegają się – temperatura rośnie, a irradiancja nie.

Rysunek 5. Kolor niebieski (skala po lewej): Roczne Całkowite Napromieniowanie Słoneczne (Total Solar Irradiance – TSI) (cienka jasnoniebieska linia) z 11-letnią średnią ruchomą (gruba ciemnoniebieska linia). Rekonstrukcja promieniowania słonecznego na podstawie raportu IPCC (Krivova i in., 2010, Ball i in., 2012, Yeo i in., 2014), zaktualizowana o pomiary z projektu SORCE/TIM (Kopp 2020, dane). Kolor czerwony (skala po prawej): roczne zmiany globalnych temperatur (cienka linia) z 11-letnią średnią ruchomą (gruba linia). Temperatura z NASA GISS względem okresu bazowego 1951-1980 (dla 2020 r. średnia z pierwszych 11 miesięcy).

Im bardziej podkreślamy dawną korelację między aktywnością słoneczną a temperaturą powierzchni Ziemi, tym bardziej rzuca się w oczy, że dziś związek ten jest zaniedbywalnie słaby: temperatura bije kolejne rekordy, choć aktywność słoneczna spada i jest najniższa od ponad stulecia.

Na tym można byłoby w zasadzie zakończyć temat. Artykuł prof. Rudawego zawiera jednak dużo więcej nieaktualnych informacji, pozwolimy sobie zatem odnieść do kilku innych poruszonych w nim kwestii.

Dawne zmiany aktywności słonecznej

Czytelników „Uranii” mogłoby na przykład zainteresować, że po przeprowadzonej w minionej dekadzie, drobiazgowej analizie historycznych zliczeń plam słonecznych, okazało się że oparte o nie indeks liczby plam słonecznych (liczba Wolfa) i liczb grupowa obarczone są dużymi błędami. Prowadziły one do zaniżania wartości tych liczb dla XIX wieku i stuleci wcześniejszych. W zaktualizowanych wersjach szeregów czasowych, opublikowanych kilka lat temu, aktywność słoneczna w latach 60. XX wieku nie okazuje się tak anomalnie wysoka (Clette i in., 2014, Svalgaard i Schatten, 2016) jak wyglądało to w starszych analizach. Kwestię tę opisujemy szerzej w artykule Jak policzyć plamy na Słońcu.

Wykresy: porównanie przebiegów czasowych indeksów liczby plam słonecznych i grupowej wyznaczonych zgodnie ze starą i nową metodologią.

Rysunek 6. Stara i nowa (obowiązująca od 2015 r.) wersja indeksów międzynarodowej liczby plam słonecznych i liczby grupowej. We wcześniejszej wersji obu indeksów (zwłaszcza liczby grupowej) amplituda cyklu słonecznego znacznie wzrosła w połowie XX wieku w porównaniu do tych z XVIII i XIX w. Źródło: Clette i in. 2015

Jak widać na rysunku 6, według aktualnej wiedzy liczby plam słonecznych podczas maksimów w 2 połowie XX wieku nie odbiegały istotnie od maksimów z okresów wyższej aktywności we wcześniejszych stuleciach.

Ma to znaczenie, bo wszystkie rekonstrukcje zmian aktywności słonecznej opierają się o zliczenia plam słonecznych, używając ich jako rodzaju pomostu pomiędzy współczesnymi pomiarami, a oszacowaniami opartymi o inne rodzaje danych pośrednich (jak pomiary koncentracji izotopów 14C i 10Be – patrz Paleoklimatologia: aktywność słoneczna i radioaktywne izotopy). Widać to także na wykresie z rys. 7 z artykułu prof. Rudawego, bazującym na starej pracy, w której liczba Wolfa w 2 połowie XX w. jest mocno zawyżona.

Wykres: zmiany liczby Wolfa w ostatnich 6000 lat.

Rysunek 7. Wykres z artykułu „Kto tu rządzi, czyli globalne ocieplenie z perspektywy astronoma”, opublikowanego Uranii w nr 5/2020.

W pokazanej tam rekonstrukcji liczby plam słonecznych (Usoskin i in., 2007) ostatnie 400 lat danych opiera się o wersję liczby grupowej z 1998 roku (Hoyt i Schatten, 1998). Wykres sugeruje, że w XX wieku aktywność słoneczna była najwyższa od co najmniej 8 tysięcy lat, i faktycznie takie tezy pojawiały się w publikacjach tych samych autorów (Solanki i in., 2006) – choć jednocześnie zastrzegali oni, że nie wynika z tego że wzrost aktywności słonecznej jest główną przyczyną globalnego ocieplenia w ostatnich dekadach.

W najnowszych rekonstrukcjach tej samej grupy autorów (Wu i in., 2018), uwzględniających nowe wersje indeksu plam słonecznych, aktywność słoneczna w XX wieku nie jest już tak niezwykła, a podobny poziom osiąga np. pod koniec XVIII w. i w wielu innych okresach holocenu. Widać to na rysunku 8, na którym w dolnym panelu pokazana jest aktywność słoneczna w okresie zbliżonym do tej pokazanej na rysunku 7 w artykule prof. Rudawego.

Wykres: moc promieniowania słonecznego w ostatnich 8 tysiącach lat.

Rysunek 8. Rekonstrukcje zmian „stałej słonecznej” bazujące na różnych seriach pomiarów izotopowych. Niebieska linia to rekonstrukcja na podstawie izotopu 14C (Usoskin i in., 2016); zielona linia – rekonstrukcja na podst. izotopu 10Be (Usoskin i in., 2016); czarna linia – rekonstrukcja wieloizotopowa (Wu i in., 2018); czerwone linia (ciągła i przerywana) – średnie dekadowa liczby obserwowanych plam słonecznych na podstawie dwóch różnych analiz (żółte pole pokazuje różnicę między nimi). Zakres niepewności dla serii Wu18 jest pokazany szarym cieniowaniem. Źródło Wu i in., 2018. Więcej piszemy o tym w artykule Aktywność słoneczna w ostatnich 9000 lat.

Wpływ zmian natężenia promieniowania kosmicznego na chmury

Kwestia odnotowanej przez prof. Rudawego „bardzo silnej” korelacji zachmurzenia i strumienia promieniowania kosmicznego również wymaga komentarza.

W latach dziewięćdziesiątych XX wieku Henrik Svensmark postawił hipotezę wiążącą ocieplenie klimatu z galaktycznym promieniowaniem kosmicznym i jego możliwym wpływie na chmury. Opierała się ona na założeniu, że cząstki promieniowania mogą sprzyjać powstawaniu chmur, które z kolei odbijają promieniowanie słoneczne. A więc jeśli w wyniku wzmocnienia pola magnetycznego Słońca (co ma miejsce w okresach wzmożonej aktywności słonecznej) do Ziemi dociera mniej cząstek promieniowania kosmicznego, powinniśmy obserwować mniejsze zachmurzenie i zwiększone natężenie światła słonecznego, a co za tym idzie – silniejsze ogrzewanie naszej planety.

Z powodu obserwowanego osłabienia aktywności magnetycznej Słońca promieniowanie kosmiczne w ostatnich kilkudziesięciu latach stało się trochę bardziej intensywne, co zgodnie z omawianą w artykule hipotezą powinno spowodować wzrost zachmurzenia i ochłodzenie klimatu. Tymczasem dzieje się coś przeciwnego: jednocześnie z dużymi natężeniami galaktycznego promieniowania kosmicznego obserwujemy rekordowo wysokie wartości średniej temperatury powierzchni Ziemi.

Rysunek 9: Zestawienie rocznych średnich intensywności galaktycznego promieniowania kosmicznego w cząstkach na minutę (kolor niebieski – należy zwrócić uwagę, że na lewej osi pionowej liczby ustawione są malejąco, ponieważ niższe liczby zliczeń cząstek promieniowania kosmicznego powinny oznaczać wyższe temperatury) oraz rocznych średnich temperatur powierzchni Ziemi (kolor czerwony, prawa oś pionowa. Źródło Neutron Monitor Database, NASA GISS (dla 2020 r. średnia z pierwszych 11 miesięcy).

W rzeczywistości „bardzo silna” korelacja była pierwotnie obserwowana tylko w obrębie jednego cyklu słonecznego (Marsh i Svensmark, 2000) i skończyła się, gdy zaczął się następny. Autorzy oryginalnego badania próbowali wtedy ratować się postulowanymi ad hoc poprawkami dryfu instrumentalnego, ale nawet gdyby była ona poprawna, i tak przestałaby wystarczać po rozpoczęciu następnego cyklu słonecznego. Nawet autorzy recenzowanej wersji cytowanego przez prof. Rudawego raportu (Gray i in., 2005) przyznawali w 2010 roku, że „obecne dane nie dostarczają poważnych dowodów potwierdzających hipotetyczny związek pomiędzy zachmurzeniem a promieniowaniem kosmicznym” (Gray i in., 2010). Nie potwierdziły tego również późniejsze analizy dłuższych serii tych samych danych satelitarnych (Laken, Pallé, Čalogović i Dunne, 2012), a także badania wykorzystujące pomiary z innych instrumentów (Laken, Pallé i Miyahara, 2012), oraz radiometryczne pomiary strumieni odbitego promieniowania słonecznego (Loeb i in., 2018).

Również podstawy teoretyczne poszukiwanej korelacji okazały się być słabsze, niż kiedyś zakładano. Badania eksperymentalne wykonane w ostatniej dekadzie przez naukowców projektu CLOUD pokazały (Pierce, 2017; Gordon i in., 2017) że wpływ promieniowania kosmicznego na tworzenie się jąder kondensacji chmur w ziemskiej atmosferze jest zbyt słaby, by mógł on odpowiadać za tak silną korelację, jak postulowana w przywoływanych przez prof. Rudawego badaniach z początku pierwszej dekady obecnego stulecia. Więcej piszemy o tym w artykule O tym, jak promieniowanie kosmiczne NIE wpływa na klimat.

Zaktualizowane wykresy prof. Rudawego

Czas przyjrzeć się, jak wyglądałyby wykresy z artykułu prof. Rudawego, wykonane w oparciu o aktualne dane. Najpierw wykres zestawiający aktywność słoneczną mierzoną liczbą Wolfa z temperaturą powierzchni mórz.

Wykres: Liczba Wolfa i anomalia średniej temperatury powierzchni morza. Krzywe rozbiegają się pod koniec XX wieku.

Rysunek 10. Zestawienie liczby Wolfa, uśrednionej w okresie 11-letnim (uwaga: od 2015 roku liczba Wolfa została przeskalowana o czynniki 1,6, patrz tutaj) ze zmianami temperatury nad oceanami w serii pomiarowej NASA GISS względem okresu bazowego 1880–1910 (wygładzonej za pomocą algorytmu Lowess z oknem wygładzenia 5 lat). Źródła Sunspot Index and Long-term Solar Observations, NASA GISS

Szare pole pokazuje to, co zdarzyło się w międzyczasie i co nie znalazło się w artykule profesora.

A tak wyglądają zaktualizowane w oparciu o aktualne dane wykresy wiążące strumień energii słonecznej z temperaturą w Arktyce oraz stężeniem atmosferycznym CO2:

Wykresy anomalii temperatury oraz strumienia energii słonecznej i koncentracji CO2 w atmosferze.

Rysunek 11. Wykres z artykułu „Kto tu rządzi, czyli globalne ocieplenie z perspektywy astronoma”, zaktualizowany w oparciu o aktualne dane. Źródła: Temperatura w Arktyce (dla szerokości geogr. >64N) NASA GISS (linia żółta), promieniowanie słoneczne Kopp 2020 jak na rys. 5, przesunięte w pionie w celu uzgodnienia z wykresem (linia niebieska), stężenie CO2 na Mauna Loa – NOAA (linia zielona).

Nowe dane były dostępne, szkoda, że nie zostały wykorzystane w opublikowanym w „Uranii” artykule. Wtedy zarówno jego wydźwięk jak i wnioski byłyby zupełnie inne. Zachodzimy w głowę, dlaczego prof. Rudawy te dane pominął…

Udział Słońca i czynników antropogenicznych w obserwowanym ociepleniu

Na koniec skomentujmy jeszcze jedną, dość istotną kwestię, której brakuje w „perspektywie astronoma”. Jak zupełnie słusznie zauważa prof. Rudawy, ustalenie udziału czynników antropogenicznych w obserwowanym obecnie wzroście średniej temperatury wymaga też uwzględnienia procesów naturalnych i ustalenia, jaki jest ich wkład w globalne ocieplenie. Działa to oczywiście w obie strony: ustalenie udziału czynników naturalnych wymaga uwzględnienia czynników antropogenicznych. Tymczasem prof. Rudawy o gazach cieplarnianych wspomina tylko przelotnie, w jednym zdaniu na końcu artykułu. A przecież, żeby pokazać „kto tu rządzi”, nie wystarczy udowodnić, że wpływ Słońca jest większy niż uważają klimatolodzy. Trzeba też wyjaśnić, dlaczego i w jaki sposób wpływ gazów cieplarnianych jest przez nich przeceniany. Byłoby to oczywiście bardzo trudne, i wymagałoby obalenia sporej części powszechnie akceptowanej fizyki, w tym tej używanej przez astronomów.

Jak widać, klimatolodzy mają bardzo dobre powody by uważać, że wpływ zmian aktywności słonecznej w ocieplenie Ziemi obserwowane od mniej więcej połowy XIX wieku był niewielki. Konkluzja taka, wbrew sugestiom prof. Rudawego, nie jest wynikiem nacisków politycznych czy lobbystycznych. Wręcz przeciwnie, wielu naukowców zajmujących się tym zagadnieniem podchodziła z początku do hipotezy o dużej roli zmian aktywności słonecznej z otwartym umysłem, co widać nawet w kilku pracach cytowanych w artykule z „Uranii”. Jednak, parafrazując Kubusia Puchatka z książki Alana Milne’a, im bardziej szukali tego wpływu Słońca na globalne ocieplenie, tym bardziej go tam nie było.

Równocześnie klimatolodzy mają bardzo dobre powody, by uważać że za to ocieplenie, odpowiada wzrost koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze. Wynika to nie tylko ze zmian (spadku) aktywności słonecznej w ostatnich dekadach i wzrostu temperatury w tym okresie, ale też z innych obserwowanych zjawisk, jak np. ochładzania się stratosfery (więcej o tym m.in. w Ziemia się nagrzewa. I wiemy dlaczego).

W pełni zgadzamy się z opinią wyrażoną w artykule, że zbadanie i określenie udziału czynników antropogenicznych w obserwowanych zmianach klimatu „niezwykle istotne”. Cóż jednak z tego, skoro niektórzy, mieniący się popularyzatorami nauki, nie zadają sobie trudu, by zapoznać się z wynikami badań pokazujących ten wpływ, a czasopisma poświęcone popularyzowaniu wiedzy naukowej przedrukowują nierzetelne i nieaktualne teksty, zamiast przedstawić czytelnikowi aktualny stan wiedzy…

Doskonale Szare, Marcin Popkiewicz, Szymon Malinowski

Opublikowano: 11 stycznia 2021

Zasady komentowania na Nauka o klimacie

Nasza strona służy popularyzacji nauki. Chętnie odpowiadamy na pytania, ale nie akceptujemy spamu i dezinformacji.