Una svolta nella comprensione di come i raggi cosmici delle supernovae possono influenzare la copertura nuvolosa della Terra e quindi il suo clima è pubblicata oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura . Lo studio rivela che gli ioni atmosferici, prodotta dai raggi cosmici energetici che piovono attraverso l'atmosfera, aiutano la crescita e la formazione dei nuclei di condensazione delle nubi, i semi necessari per la formazione delle nubi nell'atmosfera.

Quando la ionizzazione nell'atmosfera cambia, il numero di nuclei di condensazione della nube cambia, che influenzano le proprietà delle nuvole. Più nuclei di condensazione delle nuvole significano più nuvole e un clima più freddo, e viceversa. Poiché le nuvole sono essenziali per la quantità di energia solare che raggiunge la superficie della Terra, le implicazioni sono significative per la comprensione delle variazioni climatiche passate e anche per i futuri cambiamenti climatici.

I nuclei di condensazione delle nuvole possono essere formati dalla crescita di piccoli cluster molecolari chiamati aerosol. Finora si è ipotizzato che ulteriori piccoli aerosol non diventino nuclei di condensazione delle nubi, poiché non era noto alcun meccanismo per raggiungere questo obiettivo. I nuovi risultati rivelano, sia teoricamente che sperimentalmente, come le interazioni tra ioni e aerosol possono accelerare la crescita aggiungendo materiale ai piccoli aerosol, e quindi aiutarli a sopravvivere per diventare nuclei di condensazione delle nubi. Fornisce un fondamento fisico all'ampio corpo di prove empiriche che mostrano che l'attività solare svolge un ruolo nelle variazioni del clima terrestre. Per esempio, il periodo caldo medievale intorno all'anno 1000 dC e il periodo freddo nella piccola era glaciale 1300-1900 dC si adattano entrambi ai cambiamenti nell'attività solare.

"Finalmente, abbiamo l'ultimo pezzo del puzzle che spiega come le particelle provenienti dallo spazio influenzano il clima sulla Terra. Fornisce una comprensione di come i cambiamenti causati dall'attività solare o dall'attività di supernova possono cambiare il clima, " dice Henrik Svensmark, da DTU Space presso l'Università tecnica della Danimarca, autore principale dello studio.

La nuova idea fondamentale nello studio è di includere un contributo alla crescita degli aerosol da parte della massa degli ioni. Sebbene gli ioni non siano i costituenti più numerosi nell'atmosfera, le interazioni elettromagnetiche tra ioni e aerosol compensano la scarsità e rendono molto più probabile la fusione tra ioni e aerosol. Anche a bassi livelli di ionizzazione, circa il 5% del tasso di crescita degli aerosol è dovuto agli ioni. Nel caso di una supernova vicina, l'effetto può essere superiore al 50 percento del tasso di crescita, che avrà un impatto sulle nuvole e sulla temperatura terrestre.

Per ottenere i risultati, è stata formulata una descrizione teorica delle interazioni tra ioni e aerosol e un'espressione per il tasso di crescita degli aerosol. Le idee sono state poi testate sperimentalmente in una grande camera a nebbia. A causa dei vincoli sperimentali causati dalla presenza di pareti della camera, la variazione del tasso di crescita che doveva essere misurata era dell'ordine dell'1 per cento, che pone una forte richiesta di stabilità durante gli esperimenti, che sono stati ripetuti fino a 100 volte per ottenere un buon segnale relativo a fluttuazioni indesiderate. I dati sono stati rilevati per un periodo di due anni con un totale di 3100 ore di campionamento dei dati. I risultati degli esperimenti concordano con le previsioni teoriche.

• Raggi cosmici, particelle ad alta energia che piovono dalle stelle esplose, espellere gli elettroni dalle molecole d'aria. Questo produce ioni, molecole positive e negative nell'atmosfera.
• Gli ioni aiutano gli aerosol, gruppi principalmente di acido solforico e molecole d'acqua, a formarsi e a diventare stabili contro l'evaporazione. Questo processo è chiamato nucleazione. I piccoli aerosol devono crescere quasi un milione di volte in massa per avere un effetto sulle nuvole.
• Il secondo ruolo degli ioni è quello di accelerare la crescita dei piccoli aerosol in nuclei di condensazione delle nuvole, semi su cui si formano le goccioline di acqua liquida per formare le nuvole. Più ioni, più gli aerosol diventano nuclei di condensazione delle nubi.
• Nuvole basse fatte con gocce d'acqua liquida raffreddano la superficie terrestre.
• Le variazioni nell'attività magnetica del sole alterano l'afflusso dei raggi cosmici alla Terra.
• Quando il sole è dormiente, magneticamente parlando, ci sono più raggi cosmici e più nuvole basse, e il mondo è più fresco.
• Quando il sole è attivo, meno raggi cosmici raggiungono la Terra e, con meno nuvole basse, il pianeta si scalda.

Le implicazioni dello studio suggeriscono che il meccanismo potrebbe aver influenzato:

• I cambiamenti climatici osservati nel corso del XX secolo
• I raffreddamenti e i riscaldamenti di circa 2°C che si sono verificati ripetutamente negli ultimi 10, 000 anni, poiché l'attività del sole e l'afflusso dei raggi cosmici sono variati.
• Le variazioni molto più grandi, fino a 10°C, che si verificano quando il sole e la Terra viaggiano attraverso la galassia, visitare regioni con un numero variabile di stelle che esplodono.