了解超新星的宇宙射线如何影响地球的云量和气候

在地球上爆炸的恒星、云和气候之间缺少的联系

了解超新星的宇宙射线如何影响地球的云量和气候

宇宙射线与地球大气产生的离子相互作用，这些离子有助于将小气溶胶转化成云凝结核——液态水水滴形成云的种子。一个具有100 GeV能量的质子在大气顶部相互作用，产生一串次级粒子，当它们在空气中运动时，它们会电离分子。100 GeV质子每秒撞击大气层顶端的每平方米。

这项研究揭示了大气中的离子是如何通过大气中充满能量的宇宙射线而产生的，它有助于形成云凝结核——在大气中形成云所必需的种子。当大气中的电离作用发生变化时，云凝结核的数量会影响云的性质。更多的云凝结核意味着更多的云和更冷的气候，反之亦然。由于云层对到达地球表面的太阳能的数量至关重要，因此对我们理解过去气候变化和未来气候变化的影响是非常重要的。

云凝结核可由称为气溶胶的小分子团簇生长形成。直到现在，人们还以为其他的小气溶胶不会生长并成为云凝结核，因为没有已知的机制来实现这一点。新的结果表明，在理论上和实验上，离子和气溶胶之间的相互作用可以通过向小气溶胶添加物质从而加速生长，从而帮助它们生存成为云凝结核。它为大量的经验证据提供了物理基础，证明太阳活动在地球气候的变化中起着作用。例如，公元1000年左右的中世纪温暖期和公元1300年至1900年的小冰河时期的寒冷时期都与太阳活动的变化相吻合。

最后，我们终于有了最后一块拼图，解释了来自太空的粒子如何影响地球上的气候。它能让我们了解太阳活动或超级新星活动是如何改变气候的。

这项研究的基本新观点是，通过离子的质量对气溶胶的生长做出贡献。虽然离子并不是大气中最大量的成分，离子和气溶胶之间的电磁相互作用弥补了离子和气溶胶的稀缺，使离子和气溶胶的融合更有可能。即使在较低的电离水平，大约5%的气溶胶的生长速率也是由离子引起的。在临近的超级新星的情况下，其影响可能超过50%的增长率，这将对云层和地球的温度产生影响。

为实现这一结果，对离子与气溶胶的相互作用进行了理论描述，并对气溶胶的生长速率进行了表达。这些想法随后在一个大的云室里进行实验测试。由于实验的限制引起的室壁的存在,经济增长率的变化,必须衡量订单的1%,构成高需求稳定性实验期间,和实验重复100次为了获得一个好的信号相对于不必要的波动。数据采集时间为2年，共计3100小时的数据采样。实验结果与理论预测一致。

简单的假设

宇宙射线，高能粒子从爆炸的恒星下落下，把电子从空气分子中撞出来。这产生了离子，即大气中的正负分子。

离子帮助气溶胶——主要是硫酸和水分子的聚集——形成并稳定于蒸发。这个过程叫做成核。为了对云层产生影响，小气溶胶需要在质量上增加近一百万倍。

离子的第二个作用是加速小气溶胶的生长，形成云凝结核——液态水水滴形成云的种子。离子越多，气溶胶就会变成云凝结核。这是离子的第二属性，是自然通讯中发表的新结果。

低云层的液体水滴使地球表面变冷。

太阳磁场的变化改变了宇宙射线的流入地球。

当太阳变得慵懒、磁性地说话时，会有更多的宇宙射线和更低的云层，而世界更凉爽。

当太阳活跃的时候，更少的宇宙射线到达地球，而少云的时候，地球变暖了。

研究的影响表明，这种机制可能会影响:

20世纪的气候变化

在过去的一万年里，随着太阳活动和宇宙射线的涌入，大约有2oC的冷却和变暖发生了变化。

当太阳和地球通过星系的区域时，随着太阳和地球的爆炸，它们的变化会大得多。