Solare Variabilität und Klima
Die Sonne verändert sich auf allen der Beobachtung zugänglichen Zeitskalen, von Bruchteilen von Sekunden bis hin zu Jahrhunderten, und die Annahme ist, dass sie sich auch auf noch längeren Zeitskalen ändert. Die Ursache für solare Veränderungen auf Zeitskalen von Tagen zu Jahrhunderten ist in der einen oder anderen Weise das Magnetfeld der Sonne. Die wesentliche Ausnahme ist aufgrund der Sonnenrotation die Periode von 27.2573 Tagen. Das bekannteste zeitabhängige solare Phänomen ist der Sonnenzyklus, oder allgemeiner, der solare Aktivitätszyklus mit einer Periode von ungefähr 11 Jahren. Innerhalb dieser Zeitperiode nehmen die Anzahl der Sonnenflecken, die auf der Sonnenoberfläche erscheinen, und die von ihnen bedeckte Fläche um mehr als eine Größenordnung zu, bevor sie wieder abnehmen. Trotz zahlreicher Ähnlichkeiten unterscheidet sich jeder Zyklus von den anderen, am deutlichsten in der Amplitude, weniger deutlich in der Zykluslänge wie auch in anderen Parametern. Die Amplitude des Sonnenfleckenzyklus hat sich im 20. Jahrhundert bis zu einem Faktor 3 geändert. Eine wesentlich drastischere Änderung ereignete sich im 17. Jahrhundert, als während mehr als 50 Jahren kaum Sonnenflecken sichtbar waren (Abb. 1). Diese Periode wird als Maunder-Minimum bezeichnet.
Über einen Aktivitätszyklus ändern sich weit mehr Parameter als nur die Anzahl der Sonnenflecken und die von ihnen bedeckte Sonnenfläche. Einer davon ist die totale solare Bestrahlungsstärke (TSI), also der über alle Wellenlängen integrierte Strahlungsfluss der Sonne, gemessen oberhalb der Erdatmosphäre. Sie ändert sich, wie auch viele andere Indizes und Eigenschaften, synchron zu den Sonnenflecken (Abb. 2). Die totale solare Bestrahlungsstärke wurde seit 1978 mit hinreichender Genauigkeit gemessen (durch Radiometer auf Raumsonden), um intrinsische solare Änderungen zu entdecken. Zusätzlich zu der Präsenz eines elfjährigen Zyklus mit einer Amplitude von ungefähr 0.1% zeigen sich deutlich kürzere Fluktuationen, die dem Diagramm ein verrauschtes Aussehen geben. Diese Fluktuationen sind hauptsächlich solaren Ursprungs und die Amplitude diese „Rauschens“ ändert sich mit in Phase mit dem Zyklus. Änderungen in der totalen uns spektralen Bestrahlungsstärke haben einen Einfluss auf das Klima der Erde. Da direkte Messungen erst seit 3.5 Dekaden verfügbar sind, Klimasimulationen aber wesentliche längere Zeitreihen benötigen, sind Rekonstruktionen der solaren Bestrahlungsstärke in der Vergangenheit von entscheidender Bedeutung für das Verständnis des Einflusses der Sonne auf das Klima und der Ursachen des heutigen globalen Wandels.
Die Arbeitsgruppe erforscht die solare Variabilität aus Zeitskalen von Tagen zu Millennien. Dieses umfasst:
- Quantitative Modellierung der Variationen der totalen und spektralen Bestrahlungsstärke und des magnetischen Flusses an der Sonnenoberfläche
- Rekonstruktion des magnetischen Flusses und der Bestrahlungsstärke seit dem Maunder-Minimum
- Rekonstruktion des magnetischen Flusses, der Sonnenfleckenzahl und der Bestrahlungsstärke während des Holozän
Ziel dieser Forschungen ist es, die physikalischen Mechanismen zu verstehen, die für die Variationen der solaren Helligkeit verantwortlich sind, und letztlich, die zukünftigen Veränderungen der Sonne vorherzusagen.
