Geht man nach der offiziellen Klimageschichte, so soll die Sonne keinen oder nur einen geringen Einfluss auf das Klima haben. Tatsächlich unterliegt die Sonne jedoch erheblichen Veränderungen in unterschiedlich langen Zyklen und hat einen entscheidenden Einfluss auf das Erdklima.
Die Sonne wirkt auf verschiedene Weise auf das Klima ein. Zum einen durch ihre direkte Strahlung, die auf die Erde trifft. Diese verändert sich, da die Sonne verschiedene Aktivitätszyklen durchläuft, die unter anderem an der Zahl der Sonnenflecken erkennbar sind. Zum anderen verändert sich der Abstand zwischen Sonne und Erde kontinuierlich: Einerseits umkreist die Sonne den Massenschwerpunkt des Sonnensystems auf einer epitrochoiden Bahn mit einem Zyklus von etwa 175 Jahren, andererseits verändert sich auch die Erdbahn im Rahmen der sogenannten Milanković-Zyklen.
Hinzu kommen indirekte Effekte: Nimmt die Sonnenaktivität ab, schwächt sich auch ihr Magnetfeld. Infolgedessen wird die kosmische Strahlung weniger stark abgelenkt und erreicht vermehrt die Erde. Die darin enthaltenen Teilchen und Atomkerne wirken in den oberen Schichten der Atmosphäre als Kristallisationskerne für Wolkenbildung. Je mehr Wolken entstehen, desto mehr Sonnenlicht wird ins All zurückreflektiert – und desto stärker kühlt sich die Erde ab.
Zudem ist eine verringerte Sonnenaktivität häufig mit einer erhöhten vulkanischen Aktivität verbunden. Der dabei freigesetzte Schwefel sowie Aerosole tragen ebenfalls zur Abkühlung des Klimas bei.
Seit Jahrhunderten ist bekannt, dass die Sonne im Laufe der Zeit subtile und weniger subtile Veränderungen durchläuft. Als Galileo Galilei beispielsweise sein Teleskop auf die Sonne richtete, entdeckte er, dass die Sonne nicht perfekt ist und oft von dunklen Flecken, den sogenannten Sonnenflecken, übersät ist. Heute wissen wir, dass Sonnenflecken sehr große Gebilde sind – oft um ein Vielfaches größer als die Erde. Doch erst 1978, als die ersten Satellitenmissionen zur kontinuierlichen Beobachtung der Sonne gestartet wurden, wurde es möglich, die Veränderungen der Sonnenenergie direkt zu messen, ohne dass die Erdatmosphäre störte.
Sonnenbeobachtungsinstrumente auf Satelliten beschreiben die von der Sonne zur Erde gelangende Energie als totale solare Strahlungsintensität (TSI). Diese Satellitenmessungen zeigen, dass die durchschnittliche TSI, die die Erde erreicht, bei etwa 1360–1365 Watt pro Quadratmeter (W/m²) liegt. Sie zeigen auch, dass die TSI im Laufe eines Sonnenfleckenzyklus (etwa 8–13 Jahre) leicht ansteigt und wieder abfällt. Die meisten Satellitenmissionen dauern jedoch nur etwa 1 bis 2 Sonnenfleckenzyklen. Um die Veränderungen der TSI über einen Zeitraum von mehr als 10 bis 15 Jahren zu untersuchen, müssen Wissenschaftler daher die TSI-Messungen mehrerer Satellitenmissionen zusammenfügen oder „zusammennähen”.
Seit mehr als 20 Jahren gibt es eine wissenschaftliche Kontroverse zwischen rivalisierenden Wissenschaftlerteams darüber, wie die TSI-Missionen am besten zu einer kontinuierlichen Aufzeichnung für die gesamte Satellitenära, d. h. von 1978 bis heute, zusammengefügt werden können.
Dem Thema widmet sich die Studie von Ronan Connolly et al mit dem Titel „Multiple New or Updated Satellite Total Solar Irradiance (TSI) Composites (1978–2023)“ (Mehrere neue oder aktualisierte Satelliten-Komposite der gesamten solaren Strahlungsintensität (TSI) (1978–2023)).
Sie setzt sich zunächst mit den Methoden und Ergebnissen verschiedner Forscher auseinander. So hat das Team des Active Cavity Radiometer Irradiance Monitoring (ACRIM), das für das ACRIM-Satellitenprojekt der NASA verantwortlich ist, sich beispielsweise dafür entschieden, die Daten der wissenschaftlichen Teams der Satellitenmissionen zu verwenden. Im Gegensatz dazu nahm das Team des Physikalisch-Meteorologischen Observatoriums in Davos (PMOD) verschiedene Datenanpassungen an jeder der Satellitenmissionen vor, bevor es seine Zusammensetzung erstellte.
Die ACRIM-Zusammensetzung deutete darauf hin, dass es neben den Veränderungen der TSI im Laufe eines Sonnenfleckenzyklus auch langfristige Veränderungen der TSI zwischen den Sonnenfleckenzyklen gibt. Sie deutete auf die Möglichkeit hin, dass diese langfristigen Veränderungen der TSI zur globalen Erwärmung beitragen könnten.
Die PMOD-Zusammensetzung deutete jedoch darauf hin, dass sich die TSI zwischen den Sonnenfleckenzyklen nicht wesentlich verändert. Sie schloss die Möglichkeit aus, dass TSI-Veränderungen ein wesentlicher Faktor für die globale Erwärmung sind.
Die jüngsten Berichte des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimawandel (IPCC) der Vereinten Nationen bevorzugten ausdrücklich Zusammensetzungen wie die von PMOD gegenüber denen von ACRIM.
Diese neue, von Fachkollegen begutachtete Arbeit wurde in der renommierten Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal” veröffentlicht, die 1895 gegründet wurde und nach wie vor zu den führenden Fachzeitschriften für Astronomie und Astrophysik zählt. Das ist knallharte Physik.
Die Wissenschaftler des Teams analysierten erneut alle verfügbaren Satellitendaten von der ersten Nimbus 7-Mission bis zu den derzeit aktiven Missionen des Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) und des Total and Spectral Solar Irradiance Sensor 1 (TSIS-1) auf der Internationalen Raumstation (ISS). Sie aktualisierten mehrere der älteren Komposite und entwickelten eine Vielzahl neuer Komposite. Insgesamt fanden sie 21 verschiedene Komposita für die Satellitenära – darunter die vier bestehenden Komposita, die derzeit von der wissenschaftlichen Gemeinschaft verwendet werden.
Unter Verwendung gängiger statistischer Verfahren wurden diese 21 Komposita in sechs Hauptkompositgruppen sortiert, die mit „A” bis „F” gekennzeichnet sind, wie in der folgenden Tabelle dargestellt:
Eine Gruppe („A”) stimmt sehr gut mit dem PMOD-Verbund und den verschiedenen Datensätzen zur Sonnenaktivität überein, die im jüngsten Bericht des IPCC verwendet wurden. Diese Gruppe impliziert, dass die Sonne während der Satellitenära, d. h. seit 1978, kaum oder gar nicht zur globalen Erwärmung beigetragen hat.
Zwei Gruppen („B” und „C”) stimmen mit dem ursprünglichen ACRIM-Verbund überein, der darauf hindeutete, dass die Sonnenaktivität in den 1980er und 1990er Jahren zur globalen Erwärmung beigetragen haben könnte, dass die Sonnenaktivität seitdem jedoch zurückgegangen ist.
Zwei weitere Gruppen („D” und „E”) deuten jedoch auf eine neue Geschichte der TSI-Variabilität in der Satellitenära hin. Sie stimmen mit ACRIM darin überein, dass die Sonnenaktivität in den 1980er und 1990er Jahren zur globalen Erwärmung beigetragen haben könnte und dass die Sonnenaktivität seit Anfang der 2000er Jahre leicht zurückgegangen ist. Im Gegensatz zu ACRIM gehen sie jedoch davon aus, dass die Sonnenaktivität immer noch höher ist als in den 1980er Jahren und daher möglicherweise weiterhin zur globalen Erwärmung beiträgt.
Die sechste Gruppe („F”) – die einzige Gruppe, die keine der Satellitendaten des ursprünglichen PMOD-Teams berücksichtigt – deutet darauf hin, dass die Sonnenaktivität während aller vier Sonnenminima der Satellitenära bisher weiter zugenommen hat. Sie bestätigt auch, dass das derzeitige Sonnenmaximum bereits höher ist als das letzte. Wenn diese zusammengesetzte Gruppe Recht hat, würde dies unser derzeitiges Verständnis der Veränderungen der Sonnenaktivität in den letzten 45 Jahren völlig auf den Kopf stellen.
Das Team hinter dieser neuen Studie war schockiert darüber, wie viele völlig unterschiedliche plausible Zusammensetzungen aus den verfügbaren Satellitendaten der wissenschaftlichen Satellitenmissionsteams generiert werden konnten.
Der Hauptautor der Studie, Dr. Ronan Connolly, sagte:
„Wie wir in der Studie erklären, ist Gruppe A – diejenige, die der vom IPCC und vielen aktuellen Klimamodellierungsgruppen verwendeten am nächsten kommt – wahrscheinlich die unzuverlässigste der sechs. Dies liegt an den starken Datenanpassungen und subjektiven Datenverkürzungen, die auf die Daten des ursprünglichen Satellitenmissionsteams angewendet wurden.“
Allerdings haben sie noch nicht abschließend festgestellt, welche der sechs zusammengesetzten Gruppen am genauesten sind. Aus diesem Grund hat das Team alle neuen, aktualisierten und bestehenden Zusammensetzungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt, damit andere Forscher an der Lösung dieser neuen Herausforderungen arbeiten können.
Die Zusammenfassung in der Studie:
Seit 1978 wurden mehrere Satellitenmissionen zur Messung der gesamten Sonneneinstrahlung (TSI) durchgeführt. Keine dieser Missionen dauerte länger als ein bis zwei Sonnenzyklen (SCs), und jede Mission impliziert eine leicht unterschiedliche absolute TSI-Basislinie. Dennoch wurden mehrere Satellitenkomposite entwickelt, indem Satellitendaten aus verschiedenen Missionen zu einer nahezu lückenlosen täglichen Aufzeichnung für das Satellitenzeitalter zusammengesetzt wurden. Beunruhigenderweise hat jedoch jede Mission leicht unterschiedliche Veränderungen der TSI zwischen aufeinanderfolgenden Sonnenminima und Sonnenmaxima impliziert. Einige Gruppen haben Anpassungen für einzelne Missionen entwickelt, die diese Unterschiede erheblich verringert haben. Andere bevorzugen die Verwendung der von den Satellitenwissenschaftsteams veröffentlichten Originaldaten. Einige TSI-Komposite mitteln widersprüchliche Aufzeichnungen, während andere bestimmte Aufzeichnungen gegenüber anderen priorisieren. Hier vergleichen wir vier bestehende Komposite mit 17 neuen alternativen Reihen, die auf den verfügbaren Satellitendaten basieren. Diese 21 TSI-Reihen werden statistisch in sechs Gruppen zu je drei bis vier Reihen sortiert. Wir haben festgestellt, dass die sechs Gruppen unterschiedliche Trends zwischen den Sonnenminima aufweisen. Wir vergleichen die Gruppen mit acht täglich aufgelösten TSI-Rekonstruktionen auf Basis von Sonnenproxies und mit den täglichen Sonnenfleckenzahlen. Über einen bis zwei Sonnenzyklen hinweg wird eine hervorragende Übereinstimmung erzielt, aber über längere Zeiträume sind für jede Gruppe signifikante Unterschiede zu beobachten. Daher haben wir alle diese Zeitreihen (alte und neue) zu einem großen neuen TSI-Datensatz zusammengestellt, der der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung steht. Versionen, die auf 1 AE skaliert sind (zur Untersuchung der Sonnenvariabilität) oder In-situ-Werte auf der Erde (zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Sonne und Erde) sind in täglicher, monatlicher und jährlicher Auflösung verfügbar.
Veränderungen der Energie der Sonne in den letzten 45 Jahren