Les rayons cosmiques interagissant avec l'atmosphère terrestre produisant des ions qui aident à transformer de petits aérosols en noyaux de condensation de nuages -- graines sur lesquelles des gouttelettes d'eau liquide se forment pour former des nuages. Un proton d'une énergie de 100 GeV interagit au sommet de l'atmosphère et produit une cascade de particules secondaires qui ionisent les molécules lorsqu'elles voyagent dans l'air. Un proton de 100 GeV frappe chaque m2 au sommet de l'atmosphère toutes les secondes. Crédit :H. Svensmark/DTU
Une percée dans la compréhension de la façon dont les rayons cosmiques des supernovae peuvent influencer la couverture nuageuse de la Terre et donc son climat est publiée aujourd'hui dans la revue Communication Nature . L'étude révèle que les ions atmosphériques, produite par les rayons cosmiques énergétiques qui pleuvent dans l'atmosphère, aider à la croissance et à la formation des noyaux de condensation des nuages, les graines nécessaires à la formation des nuages dans l'atmosphère.
Lorsque l'ionisation dans l'atmosphère change, le nombre de noyaux de condensation des nuages change, affectant les propriétés des nuages. Plus de noyaux de condensation de nuages signifient plus de nuages et un climat plus froid, et vice versa. Puisque les nuages sont essentiels pour la quantité d'énergie solaire atteignant la surface de la Terre, les implications sont importantes pour la compréhension des variations climatiques passées et aussi pour les changements climatiques futurs.
Les noyaux de condensation des nuages peuvent être formés par la croissance de petits amas moléculaires appelés aérosols. Il a été supposé jusqu'à présent que les petits aérosols supplémentaires ne deviendraient pas des noyaux de condensation de nuages, puisqu'aucun mécanisme n'était connu pour y parvenir. Les nouveaux résultats révèlent, à la fois théoriquement et expérimentalement, comment les interactions entre les ions et les aérosols peuvent accélérer la croissance en ajoutant de la matière aux petits aérosols, et ainsi les aider à survivre pour devenir des noyaux de condensation de nuages. Il donne une base physique au grand nombre de preuves empiriques montrant que l'activité solaire joue un rôle dans les variations du climat de la Terre. Par exemple, la période chaude médiévale autour de l'an 1000 de notre ère et la période froide du petit âge glaciaire 1300-1900 de notre ère correspondent toutes deux aux changements de l'activité solaire.
"Finalement, nous avons la dernière pièce du puzzle expliquant comment les particules de l'espace affectent le climat sur Terre. Il permet de comprendre comment les changements causés par l'activité solaire ou par l'activité de la supernova peuvent changer le climat, " dit Henrik Svensmark, de DTU Space à l'Université technique du Danemark, auteur principal de l'étude.
La nouvelle idée fondamentale de l'étude est d'inclure une contribution à la croissance des aérosols par la masse des ions. Bien que les ions ne soient pas les constituants les plus nombreux de l'atmosphère, les interactions électromagnétiques entre les ions et les aérosols compensent la rareté et rendent la fusion entre les ions et les aérosols beaucoup plus probable. Même à de faibles niveaux d'ionisation, environ 5 pour cent du taux de croissance des aérosols sont dus aux ions. Dans le cas d'une supernova voisine, l'effet peut être supérieur à 50 pour cent du taux de croissance, ce qui aura un impact sur les nuages et la température de la Terre.
Pour atteindre les résultats, une description théorique des interactions entre les ions et les aérosols a été formulée ainsi qu'une expression du taux de croissance des aérosols. Les idées ont ensuite été testées expérimentalement dans une grande chambre à brouillard. En raison des contraintes expérimentales dues à la présence de parois de chambre, la variation du taux de croissance qu'il fallait mesurer était de l'ordre de 1 %, ce qui pose une forte exigence de stabilité pendant les expériences, qui ont été répétés jusqu'à 100 fois afin d'obtenir un bon signal par rapport aux fluctuations indésirables. Les données ont été recueillies sur une période de deux ans avec un total de 3 100 heures d'échantillonnage de données. Les résultats des expériences étaient en accord avec les prédictions théoriques.
Les implications de l'étude suggèrent que le mécanisme aurait pu affecter:
