Νέα στοιχεία για "μίνι εποχή παγετώνων" την περίοδο 2030-2040: καλά νέα για τους γουναράδες της Καστοριάς.

                                                                                                                            Credit: Wikipedia

Σήμερα έχουμε μια ανάρτηση-έκπληξη και με βαρύνουσα σημασία: είδαμε προχθές μια πολύ σημαντική ανακοίνωση που έγινε στο ετήσιο συνέδριο της Βρετανικής Αστρονομικής Εταιρείας και προβλέπει μια μίνι εποχή παγετώνων για την περίοδο 2030-2040. Η ανακοίνωση αυτή έπεσε σαν κεραυνός εν αιθρία, καθώς, μόλις πέντε μήνες πριν τη Σύνοδο του ΟΗΕ για το κλίμα στο Παρίσι, "χαλάει τη σούπα" της θεωρίας της "ανθρωπογενούς παγκόσμιας υπερθέρμανσης": πώς να πείσουν για την ανάγκη να διατηρηθεί η άνοδος της θερμοκρασίας έως 2οC σε σχέση με την περίοδο πριν τη βιομηχανική επανάσταση, όταν στην πραγματικότητα, λόγω της μείωσης της ηλιακής ακτινοβολίας, το 2030 θα θέλουμε να ανεβεί η θερμοκρασία για να μην ξεπαγιάσουμε; Και θα τρέχουμε όλοι στα γουναράδικα της Δυτικής Μακεδονίας ή στους κατά τόπους αντιπροσώπους, για να προμηθευθούμε γούνες, τα μόνα κατάλληλα ρούχα για πολύ χαμηλές θερμοκρασίες; Ρωτήστε και τους Ρώσους, που όλο και κάτι ξέρουν από κρύο και είναι πολύ καλοί πελάτες της Καστοριάς.

Ψάξαμε λοιπόν λίγο το θέμα και βρήκαμε ένα δελτίο τύπου των ερευνητών, που παρουσίασαν τη δημοσίευση, που θα το δείτε πιο κάτω στο αγγλικό κείμενο μαζί με πολλά σχήματα. Δίνεται επίσης μια απλοποιημένη μετάφραση, που να βοηθά κάπως στην κατανόηση από το μη επιστημονικό κοινό, αλλά η απόδοση της ορολογίας ίσως δεν είναι και η καλύτερη. Καθώς η ανακοίνωση έχει ορολογία αστροφυσικής, αν κάποιος ειδικός επιστήμονας μπορεί να δώσει κάποια καλύτερη απόδοση, που να βοηθά στην κατανόηση απ' όλους, ευχαρίστως θα τη δημοσιεύσουμε: 

Press-release on the research reported at National Astronomy Meeting 2015 (Landudno, Wales)

“Irregular heartbeat of the Sun with Principal Component Analysis and prediction of solar activity”

by Zharkova V.V., Shepherd S.J.,  Popova  E. and Zharkov S.I.

In this groundbreaking research, we distil the main parameters of dynamo waves from the full disk solar background magnetic field observed in cycles 21-23 by Wilcox Solar Observatory. 

Σ' αυτή την πρωτοποριακή έρευνα, διαχωρίζουμε τις κύριες παραμέτρους των κυμάτων δυναμό από το μαγνητικό πεδίο του υποβάθρου του πλήρους ηλιακού δίσκου, που παρατηρήθηκε κατά τους κύκλους 21-23 από το Ηλιακό Παρατηρητήριο Wilcox. 

Normally, solar magnetic field measured is a combination of many waves, which are very difficult to separate. This is similar to white light emission comprising of many wave lengths, which one can only see after this white light passes through a glass prism and gives a rainbow with distinct wavelengths of each colour. In order separate magnetic waves and to reduce their dimensionality we use the powerful technique of Principal Component Analysis (PCA), producing a number of orthogonal components with decreasing weights  describing different processes. The components with the highest weights substitute Principal Components (PCs), which may be ascribed to separate physical processes.

Κανονικά, το μετρούμενο ηλιακό μαγνητικό πεδίο είναι συνδυασμός πολλών κυμάτων, τα οποία είναι δύσκολο να τα ξεχωρίσει κανείς. Είναι παρόμοιο προς την εκπομπή λευκού φωτός, το οποίο συντίθεται από πολλά μήκη κύματος, τα οποία μπορεί να δει κανείς μόνο αφού το λευκό φως περάσει μέσα από ένα γυάλινο πρίσμα και δίνει ένα ουράνιο τόξο με διακριτά μήκη κύματος για κάθε χρώμα. Για το διαχωρισμό των μαγνητικών κυμάτων και τη μείωση των διαστάσεων τους, χρησιμοποιούμε την ισχυρή τεχνική της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (PCA), η οποία παράγει μια σειρά από ορθογώνιες συνιστώσες με μείωση του βάρους που περιγράφει διαφορετικές διαδικασίες. Οι συνιστώσες με το μεγαλύτερο βάρος αναπαριστούν τις Κύριες Συνιστώσες, οι οποίες μπορούν ν' αποδοθούν σε διακριτές φυσικές διεργασίες. 

This analysis shown that the magnetic waves in the background field appear in pairs, with the Principal Components pair accounting for some 40% of the whole data variance (Fig. 1) (Zharkova et al, 2012). The magnetic waves travel from the opposite hemisphere to the Northern hemisphere (odd cycles) or to Southern hemisphere (even cycles), with the phase shift between the waves increasing with a cycle number.

Αυτή η ανάλυση έδειξε πως τα μαγνητικά κύματα του ηλιακού υποβάθρου εμφανίζονται σε ζεύγη, με το ζεύγος των Κύριων Συνιστωσών να είναι το περίπου 40% του συνόλου (Σχ. 1). Τα μαγνητικά κύματα ταξιδεύουν απ' το απέναντι ημισφαίριο προς το Βόρειο ημισφαίριο (του ήλιου) (μονοί κύκλοι) ή προς το Νότιο ημισφαίριο (ζυγοί κύκλοι), με τη διαφορά φάσης ανάμεσα στα κύματα να αυξάνει με τον αριθμό του κύκλου. 

Fig. 1. Principal Components of the solar background magnetic field derived from historic data (cycles 21-23) and predicted for cycles 24 -26 (Zharkova et al, 2012). The solid curve is calculated from derived formulae, the dotted curve for cycle 24 is the one derived from the full disk magnetic field data measured by WSO. 

Σχ.1. Κύριες συνιστώσες του μαγνητικού πεδίου του ηλιακού υποβάθρου όπως προκύπτουν από ιστορικά δεδομένα (κύκλοι 21-23) και προβλέπονται για τους κύκλους 24-26. Η συνεχής γραμμή υπολογίζεται από μαθηματικούς τύπους, η διακεκομμένη γραμμή για τον κύκλο 24 προέρχεται από τα δεδομένα του μαγνητικού πεδίου του ηλιακού δίσκου όπως μετρήθηκαν απ' το Ηλιακό Παρατηρητήριο Wilcox. 

These two waves arise from the background (poloidal) magnetic field, from which we derived the toroidal magnetic field using a (modified and substantially enhanced) alpha-omega two layer dynamo model with meridional circulation {Popova et al, 2013}. These two components are assumed to originate in two different layers in the solar interior (inner and outer) with close, but not equal, frequencies and a variable phase shift (Popova et al, 2013).

Αυτά τα δύο κύματα προκύπτουν από το (πολοειδές) μαγνητικό πεδίο του υποβάθρου, από τα οποία μας προέκυψε το δακτυλιοειδές μαγνητικό πεδίο, χρησιμοποιώντας ένα (τροποποιημένο και σημαντικά ενισχυμένο) α-ω μοντέλο δυναμό δύο στρωμάτων με μεσημβρινή κυκλοφορία. Αυτές οι δυο συνιστώσες θεωρείται πως προέρχονται από δυο διαφορετικά στρώματα στο εσωτερικό του ήλιου (εσωτερικό και εξωτερικό) με κοντινές, αλλά όχι ίσες, συχνότητες και μεταβαλλόμενη μετατόπιση φάσης. 

Using the symbolic regression analysis based on Hamiltonian invariance, we managed to derive the fundamental mathematical formulae describing the both waves.  We then used these formulae to predict the principal component waves for cycle 24 that, when compared with the observed magnetic field data, showed an accuracy of 97% (Shepherd et al, 2014). The summary curve of these waves is presented in Fig.2 showing that the resulting magnetic wave is clearly decaying from cycle 21 towards cycles 25-26.

Χρησιμοποιώντας την ανάλυση συμβολικής παλινδρόμησης βασισμένη σε Hamiltonian invariance, καταφέραμε να βρούμε τις θεμελιώδεις μαθηματικές σχέσεις, που περιγράφουν τα δύο κύματα. Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε αυτές τις σχέσεις για να προβλέψουμε τις κύριες κυματικές συνιστώσες για τον κύκλο 24, που, σε σύγκριση με τα παρατηρούμενα δεδομένα μαγνητικού πεδίου, έδειξε μια ακρίβεια 97%. Η περιληπτική καμπύλη αυτών των κυμάτων παρουσιάζεται στο σχήμα 2 και δείχνει ότι το προκύπτον μαγνητικό κύμα απομειώνεται σαφώς απ' τον κύκλο 21 προς τους κύκλους 25-26.

Fig. 2. The summary curve of the two principal components of the solar background (poloidal} magnetic field for the cycles 21-26 shown in Fig. 1.

Σχ. 2. Η περιληπτική καμπύλη των δυο κύριων συνιστωσών του (πολοειδούς) μαγνητικού πεδίου του υποβάθρου για τους κύκλους 1-26 του Σχ. 1. 

This summary curve can be compared to the current index of solar activity – averaged sunspot numbers, if on can calculate the modulus (i.e. the absolute value without regard to sign) of the waves  (Fig. 3 showing rather close fit to the averaged sunspot numbers.

Αυτή η περιληπτική καμπύλη μπορεί να συγκριθεί με τον τωρινό δείκτη ηλιακής δραστηριότητας-μέσο αριθμό ηλιακών κηλίδων, εάν κανείς μπορεί να υπολογίσει το μέτρο (δηλαδή την απόλυτη τιμή χωρίς το πρόσημο) των κυμάτων (το Σχ. 3 δείχνει πολύ καλή προσαρμογή στο μέσο αριθμό ηλιακών κηλίδων).

Fig. 3. The modulus summary curve of the principal components of solar background (poloidal) magnetic field, which fits the averaged sunspot numbers (measured for cycles 21-23) and predicted for cycle 24-26) (Shepherd et al, 2014). 

Το μέτρο της περιληπτικής καμπύλης των κύριων συνιστωσών του (πολοειδούς) μαγνητικού πεδίου ηλιακού υποβάθρου, το οποίο ταιριάζει με τον μέσο όρο των αριθμών των ηλιακών κηλίδων (που μετρήθηκαν για τους κύκλους 21-23 και προβλέπονται για τους κύκλους 24-26). 

Then by using the derived formulae we extrapolated the model further to predict the waves for solar cycles 25-26 (the right parts of Figs. 1-3). The prediction revealed increasing phase separation in cycle 25 and 11 year phase between these waves in cycle 26, e.g. these two waves become separated into the opposite hemispheres. We predict (Fig. 3) that this will lead to a significant reduction (more than 60%) in solar activity in cycle 26 compared to current cycle 24. These cycles 25-26 will have the properties of a “Maunder minimum”.

Στη συνέχεια, με τη χρήση των σχέσεων που βρέθηκαν, προεκτείναμε περαιτέρω το μοντέλο για να προβλέψει τα κύματα για τους ηλιακούς κύκλους 25-26 (τα δεξιά τμήματα των Σχ. 1-3). Η πρόβλεψη αποκάλυψε την αύξηση του διαχωρισμού των φάσεων του κύκλου 25 και 11-ετή φάση μεταξύ αυτών των κυμάτων στον κύκλο 26, δηλαδή αυτά τα δύο κύματα διαχωρίζονται μεταξύ τους στα αντίθετα ημισφαίρια. Προβλέπουμε (Σχ. 3) ότι αυτό θα οδηγήσει σε μια σημαντική μείωση (πάνω από 60%) σε ηλιακή δραστηριότητα στον κύκλο 26 σε σύγκριση με τον τρέχοντα κύκλο 24. Αυτοί οι κύκλοι 25-26 θα έχουν τις ιδιότητες ενός "ελάχιστου του Maunder". (Δική μας επισήμανση). 

The first "Maunder minimum" was reported in 17^th century and lasted for about 6 solar cycles (1645-1700) when the solar activity was reduced to a very small number (50-70) of sunspots per year versus normal numbers of tens of thousands (see Fig. 4.5 below).

Το πρώτο "ελάχιστο του Maunder" αναφέρθηκε κατά το 17ο αιώνα και διήρκεσε για περίπου 6 ηλιακούς κύκλους (1645-1700), όταν η ηλιακή δραστηριότητα μειώθηκε σε έναν πολύ μικρό αριθμό (50-70) ηλιακών κηλίδων ανά έτος, έναντι του φυσιολογικού αριθμού δεκάδων χιλιάδων (βλέπε Σχ. 4.5 πιο κάτω). 

The restoration of the solar irradiance during the last 400 year shows its strong decrease during the period of the Maunder Minimum by a magnitude of about 3 W/m^2 (see Fig. 5). This amount of the solar radiance reduction was converted into reduction of the average temperature of the Earth. In particularly, in England the average temperature in 17 century dropped to ~8.5C versus 10.5C in 20^th century (Fig. 6).

Η αποκατάσταση της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τα τελευταία 400 χρόνια παρουσιάζει τη μέγιστη μείωση της κατά την περίοδο του "ελάχιστου του Maunder" με μέγεθος περίπου 3 W/m^2 (βλ. Σχ. 5). Αυτή η ποσότητα της μείωσης της ηλιακής ακτινοβολίας μετατράπηκε σε μείωση της μέσης θερμοκρασίας της Γης. (Δική μας επισήμανση). Ιδιαίτερα, στην Αγγλία, η μέση θερμοκρασία το 17ο αιώνα έπεσε στους ~8,5οC έναντι 10,5οC τον 20ο αιώνα (Σχ. 6). 

This drop of temperature led to freezing rivers and lakes in England, and all over the Europe. Given the fact that the upcoming Maunder minimum is upon us in 15 -20 years, we all will witness if this will have the similar consequences for the Earth as measured in the 17^th century or it will be reduced by the human-made greenhouse gasses. Either way it looks like the Sun gives us the second chance to sort out human induced emission while it is in the minimum of activity before any worse case scenarios can come to play.

Αυτή η πτώση της θερμοκρασίας οδήγησε σε παγωμένους ποταμούς και λίμνες στην Αγγλία και σε όλη την Ευρώπη. Δεδομένου του γεγονότος ότι το επερχόμενο "ελάχιστο του Maunder" είναι μπροστά μας σε 15-20 χρόνια, όλοι θα γίνουμε αυτόπτες μάρτυρες του εάν αυτό θα έχει τις ανάλογες συνέπειες για τη Γη, όπως μετρήθηκαν το 17ο αιώνα ή αν θα μειωθούν από τα ανθρωπογενή αέρια του θερμοκηπίου. Είτε έτσι είτε αλλιώς, φαίνεται πως ο Ήλιος μας δίνει τη δεύτερη ευκαιρία για να διευθετήσουμε τις ανθρωπογενείς εκπομπές ενόσω θα βρίσκεται στο ελάχιστο της δραστηριότητας πριν έλθουν στο προσκήνιο οποιαδήποτε σενάρια χειρότερης περίπτωσης. 

Our results have clear and profound relevance to the current debate on climate change and open a new era in long-term solar physics research. 

Τα αποτελέσματά μας έχουν σαφή και βαθιά συσχέτιση με την τρέχουσα συζήτηση για την κλιματική αλλαγή και ανοίγουν μια νέα εποχή στη μακροπρόθεσμη έρευνα της ηλιακής φυσικής.

Fig. 5. Solar irradiance since 1610 as reconstructed by Lean et al (1995) and Lean (2000). The thin line indicates the annual reconstructed solar irradiance, while the thick line shows the running 11 average.

Σχ. 5. Η ηλιακή ακτινοβολία από το 1610 όπως ανακατασκευάστηκε από τους Lean et al (1995) και Lean (2000). Η λεπτή γραμμή δείχνει την ετήσια ανακατασκευασμένη ηλιακή ακτινοβολία, ενώ η πιο χοντρή γραμμή δείχνει τον κυλιόμενο μέσο όρο 11 (;).

Fig. 6. The average temperature variations in England from 17 to 21 centuries. 

Σχ. 6. Οι μέσες μεταβολές της θερμοκρασίας στην Αγγλία το 17ο έως τον 21ο αιώνα.

References - Βιβλιογραφία

1. Zharkova V.V., Shepperd S.J. and Zharkov S.I., Principal Component Analysis of Background and Sunspot Magnetic Field Variations During Solar Cycles 21-23, 2012, Monthly Notices of Royal Astronomical Society, Volume 424, Issue 4, pp. 2943-2953,

http://adsabs.harvard.edu/abs/2012MNRAS.424.2943Z

2. Shepherd S.J., Zharkov S.I. and Zharkova V.V., Prediction of solar activity from solar background magnetic field variations in cycles 21–23, Astrophysical Journal, 2014, 795, 46

http://computing.unn.ac.uk/staff/slmv5/kinetics/shepherd_etal_apj14_795_1_46.pdf

3. Popova E., Zharkova V. and Zharkov S., Probing latitudinal variations of the solar magnetic field in cycles 21-23 by Parker's two-layer dynamo model with meridional circulation, 2013, Ann. Geophys., 31, 2023-2038

http://www.ann-geophys.net/31/2023/2013/angeo-31-2023-2013.html

Οι αναρτήσεις μας δημοσιεύονται στο greeklignite.blogspot.gr και στο Facebook, στη διεύθυνση Greeklignite! Πατήστε «Μου αρέσει» (Like) στη σελίδα μας, για να έχετε πιο άμεση ενημέρωση! Και ανοίγετε τις αναρτήσεις, καθώς το Facebook δεν θα σας τις εμφανίζει καθόλου στη ροή αν δει πως δεν τις ανοίγετε. 

Τα πράγματα λοιπόν είναι πολύ απλά, σε 15-20 χρόνια η ίδια η ζωή θα δείξει κατά πόσο η πρόβλεψη των ερευνητών θα επαληθευθεί ή όχι. Η ηλιακή ακτινοβολία θα μειωθεί κατά 3 W/m^2, ενώ η ανθρωπογενής θέρμανση είναι περίπου 2W/m^2, όπως υπολογίζεται απ' τους κλιματικούς επιστήμονες (χωρίς να είναι βέβαιο αν συνυπολογίζουν φυσικά αίτια και αν οι υπολογισμοί είναι σωστοί). Όποιος θέλει λοιπόν μπορεί να κάνει τους μαθηματικούς υπολογισμούς για να δει αν οι πιθανότητες είναι περισσότερες για "υπερθέρμανση" ή για "κατάψυξη". Κι ενδεχομένως δεν θα χρειαστεί καν να περιμένουμε 15-20 χρόνια, ίσως η φύση μας δώσει νωρίτερα τις δικές της προειδοποιήσεις, π.χ. με κάποιες αμυγδαλιές που ανθοφορούν καθυστερημένα στη Μακεδονία ή με κάποιες κερασιές στις ΗΠΑ, με Απριλιάτικα χιόνια παντού ή με μια ξαφνική πλημμύρα στην έρημο Ατακάμα.