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Langzeitvariabilität der Sonne

Die Sonne ist die Maschine, die das Klimasystem der Erde treibt. Um ein besseres Verständnis der Wechselwirkung von Sonne und Klima über den Zeiraum eines Jahrhunderts zu gewinnen, müssen wir zuerst die Mechanismen kennen, die die Sonnenaktivität bestimmen. Die den Zeitraum von 7199 v. Chr. bis 1891 n. Chr. umfassende Radiokohlenstoffreihe ist für das Verständnis der Variationen der Sonnenaktivität auf einer Zeitskale von hundert Jahren von grundlegender Bedeutung. Daher haben wir untersucht, wie man aus dieser Beobachtungsreihe Informationen ableiten kann.

 
Figure: Beobachtungen zur Sonnenaktivität seit dem Jahre 1000 n. Chr. Der Graph oben links spiegelt die Anzahl historischer Quellen aus dem asiatischen Raum wider, die von Sonnenfleckenbeobachtungen mit bloßem Auge berichten. Die Darstellung rechts daneben stellt die Jahresmittelwerte für die Sonnenfleckenrelativzahlen dar. Die Rechteckkurve darunter deutet die Zeiträume der großen Minima an. In der vorletzten Kurve sind die Resultate der Radiokohlenstoff-Messungen dargestellt, die an den Jahresringen alter Bäume vorgenommen worden sind. Ganz unten ist die Häufigkeit der Polarlichterwähnungen in zeitgenössischen Schriften des europäischen Raumes wiedergegeben. Auffallend ist die Antikorrelation zwischen der Anzahl der beobachteten Sonnenflecken bzw. Polarlichtern einerseits und den Meßwerten für den 14C-Überschuß andererseits.

Wir haben festgestellt, daß die Rekurrenz-Rate nützlich ist, solche Langzeit-Variationen zu erfassen. Sie gestattet insbesondere verschiedene große Minima der Sonnenaktivität in der Vergangenheit aufzufinden.

 
Figure: Die aus der vom Trend befreiten Delta-14C-Reihe berechnete Rekurrenz-Rate. Die schraffierten Balken geben die bekannten Epochen der großen Minima der Sonnenaktivität an: A -- Oort, B -- Wolf, C -- Spörer, D -- Maunder, E -- Dalton. Wenn man die Rekurrenz-Rate des gesammten Datensatzes betrachtet, so findet man, daß die großen Minima ein typisches Phänomen der Sonnenaktivität darstellen. Die großen Minima der solaren Aktivität sind in ihrer Wiederkehr sehr verschieden. Auffällig ist auch , daß die jüngste Epoche eine große Ähnlichkeit zu jener der mittelalterlichen Warmzeit hat.

Um die Frage zu klären, ob der der Delta-14C-Reihe zugrundeliegende Prozeß eine Überlagerung eines durch Rauschen bestimmten linearen Prozesses oder eines durch Rauschen gestörten nichtlinearen Prozesses ist, haben wir die Methode der Ersatzdaten benutzt. Eine geeignete Wahl diskriminierender Statistik führt zu dem Ergenis, daß der zugrundeliegende Prozeß nichtlinear ist [26].

Darüber hinaus haben wir Reihen von Ringbreiten versteinerter Nadelbäume, die aus dem Myozän stammen, also 15 bis 20 Millionen Jahre alt sind, untersucht. Dabei ist eine dominierende Periode von ca. 12.5 Jahren gefunden worden, die mit der solaren Aktivität in der prähistorischen Vergangenheit in Beziehung gebracht werden kann [28].