[論文レビュー] Cosmic Rays and the Evolution of Earths Climate During the Last 4.6 Billion Years

Henrik Svensmark|ArXiv.org|Nov 18, 2003

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、銀河宇宙線（GCR）のフラックス変動が、ミルキーウェイの星形成および太陽活動によって駆動され、過去46億年間にわたり地球の気候進化と密接に相関していると提唱する。星形成および太陽活動の進化モデルを用いて、再構築されたGCRフラックスと気候傾向の間には強い類似性が示され、宇宙線が雲のカバーとアリドを調整することで、やや暗い原始太陽の逆説を解消する可能性がある。

ABSTRACT

Variations in the flux of Galactic Cosmic Rays (GCR) at Earth during the last 4.6 billion years are constructed from information about the Star Formation Rate (SFR) in the Milky Way and the evolution of solar activity. The variations of GCR show a remarkable resemblance to changes in Earth's climate during the period considered, suggesting that Earths climate is closely linked to the evolution of our Milky Way. The link could be significant in the solution of the 'faint sun climate paradox'.

研究の動機と目的

• 過去46億年間にわたり、銀河宇宙線（GCR）フラックスと地球の気候との長期的関係を調査すること。
• 宇宙線-気候関連を仮説的に提示することで、原始太陽の逆説を解決すること。
• ミルキーウェイの星形成率（SFR）および太陽活動の進化を用いて、歴史的GCRフラックスを再構築すること。
• GCRの変動が地球の歴史における既知の気候傾向と相関するかどうかをテストすること。
• 宇宙線が雲の核形成メカニズムを通じて地球のアリドおよび気候をどのように調整するかを検討すること。

提案手法

• GCRのフラックスを再構築する際、宇宙線の調制を示すプロキシとしてミルキーウェイの星形成率（SFR）を用いた。
• 太陽の磁場の変化とそのGCRに対する遮断効果を考慮するために、太陽活動の進化を組み込んだ。
• SFR、星の密度、宇宙線調制の間の経験的関係を用いて、時間経過に伴う地球におけるGCRフラックスを推定した。
• 銀河間物質およびヘリオスフィア内を通過する宇宙線の時間依存的伝播モデルを適用した。
• 再構築されたGCRフラックスを、地球の気候に関する地質学的および古気象学的記録と比較した。
• GCRフラックスと氷床のカバー、温度傾向といった気候指標との相関を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球における銀河宇宙線フラックスは、過去46億年間でどのように変化してきたか？
• RQ2 再構築されたGCRフラックス傾向は、地球の歴史的気候変化とどの程度相関しているか？
• RQ3 宇宙線-気候関連は、太陽が明るくなかったにもかかわらず地球が温暖を維持したという原始太陽の逆説を説明できるか？
• RQ4 太陽活動は、GCRフラックスおよびその気候的影響をどの程度調節しているか？
• RQ5 宇宙線が雲凝結核および地球のアリドに一貫した物理的メカニズムで関連しているか？

主な発見

• 再構築されたGCRフラックスは、過去46億年間にわたり地球の気候進化と強く時間的相関を示した。
• 特にハデア紀および初期アーゼアン紀にかけて、GCRフラックスは顕著に高かった。
• モデルは、高レベルのGCRフラックスが雲カバーを増強し、惑星のアリドを上昇させ、やや暗い太陽の下でも初期地球の気候を安定化させた可能性を示唆している。
• 相関関係は、宇宙線がイオン媒介核形成を通じて雲形成に影響を与える仮説を支持する。
• GCR-気候関連は、温室効果ガスの生成増加または雲のアルベド効果によって、温暖な気候を維持する可能性のある説得力ある解決策を提供する。
• 本研究では、GCRフラックスの変動が、グローバル氷河期の始まりや脱氷期といった主要な気候転換と一致していることが判明した。