В ЦЕРНе начинается эксперимент по изучению связи между космическими лучами и климатом

После того как трехметровую цилиндрическую камеру тщательно почистят и поставят на ноги, она будет готова к приему «космических лучей». Внутри этой камеры участники эксперимента CLOUD смогут воссоздать атмосферные условия в любой точке Земли. Фото с сайта cdsweb.cern.ch

В новом церновском эксперименте CLOUD в полностью контролируемых условиях внутри трехметровой цилиндрической камеры будет изучаться динамика и условия образования маленьких капелек и кристалликов льда. Роль искусственных космических лучей будет играть протонный пучок из небольшого церновского ускорителя — Протонного синхротрона (PS). Ожидается, что исследования начнутся уже в 2009 году.

Исследования, которые проводятся в ЦЕРНе, не ограничиваются одной лишь физикой элементарных частиц. Многие из них имеют непосредственное отношение к современным технологиям и даже к повседневной жизни человека (например, к медицине, материаловедению, системам безопасности, компьютерным технологиям). Вскоре начнет работу еще один эксперимент из этой серии, CLOUD, в котором будет изучаться процесс образования облаков при облучении протонами.

Задача этого эксперимента — выяснить, в какой мере космические лучи влияют на земной климат. Связь тут такая. Прилетающие из глубокого космоса потоки заряженных частиц пробиваются сквозь магнитное поле Солнца, попадают на Землю и могут порождать в атмосфере дополнительные центры конденсации пара. Их количество влияет на динамику образования облаков, а поскольку облака отражают солнечный свет, то и на суммарный поток тепла, который достигает поверхности Земли. Поэтому можно ожидать, что в периоды магнитно-спокойного Солнца, когда больше космических лучей достигают Земли, климат будет холоднее, а в периоды активного Солнца — наоборот, теплее.

К сожалению, совершенно неизвестно, насколько эффективно «работает» вся эта цепочка. Физико-химические процессы, происходящие при пролете заряженных частиц сквозь атмосферу достаточно сложного состава, находящуюся к тому же в довольно сильном электрическом поле, надежно рассчитать не удается. Наблюдательные данные тоже не дают однозначного ответа, поскольку не получается отделить этот косвенный эффект изменчивости солнечной активности от прямого эффекта — ведь более активное Солнце попросту больше греет. Именно поэтому до сих пор продолжают публиковаться статьи с прямо противоположными выводами.

Во избежание неверной интерпретации следует подчеркнуть, что эта неопределенность ни в коей мере не касается вывода о сильном антропогенном вкладе в современное глобальное потепление. Считается надежно установленным, что суммарный эффект колебаний солнечной активности — как прямой, так и косвенный, через космические лучи, — сам по себе не может объяснить те изменения, которые сейчас происходят с планетой. Однако прояснение этого вопроса будет важным для палеоклиматологии, поскольку известно, что поток космических лучей значительно менялся в прошлом, а также для понимания механизма образования облаков вообще — одного из главных камней преткновения в современной климатологии.

В новом церновском эксперименте CLOUD, в полностью контролируемых условиях внутри трехметровой цилиндрической камеры, как раз и будет изучаться динамика и условия образования маленьких капелек и кристалликов льда. Роль искусственных «космических лучей» будет играть специально расширенный на всю камеру протонный пучок из небольшого церновского ускорителя — Протонного синхротрона (PS). Размеры камеры достаточны для того, чтобы отслеживать процессы длительностью от долей секунд и до нескольких часов. Воздух, водяной пар и пары серной кислоты (они играют важнейшую роль в образовании центров конденсации), а также материалы для самой установки будут сверхчистыми, что позволит избежать конденсации паров на нежелательных примесях. Ну и, конечно, в полной мере будет использоваться техника детектирования и изучения микроскопических частиц, выработанный за десятилетия экспериментов в ЦЕРНе и в других центрах мира.

Небольшой по размеру и длительности пилотный вариант этого эксперимента уже состоялся в 2006 году. Он подтвердил, что эффект в принципе существует и что его можно будет изучать в таком эксперименте, а также позволил внести усовершенствования в конструкцию камеры. Эта камера была построена, и на днях, 20 мая 2009 года, она прибыла в ЦЕРН. Ожидается, что исследования начнутся уже в 2009 году, и вначале будет измерена скорость образования центров конденсации при облучении и без, а также проведены масс-спектрометрические исследования. В последующие 4 года исследований будет изучена зависимость процессов от температуры и от наличия следов летучей органики. Кроме того, физики также собираются в буквальном смысле слова получать капельки и кристаллики льда с помощью адиабатического расширения камеры.

Ссылки:
1) Jasper Kirkby. Cosmic rays and climate — доклад, прочитанный в ЦЕРНе 4 июня 2009 года. По ссылке доступны слайды и видеозапись доклада.
2) On CLOUD nine — заметка из журнала CERN Bulletin.
3) CLOUD — страница эксперимента.
4) CLOUD: a particle beam facility to investigate the influence of cosmic rays on clouds (PDF, 2,9 Мб) — техническое описание эксперимента.

Игорь Иванов

Последние новости: Физика, LHC, Науки о Земле, Климат, Игорь Иванов

17 мая LHC продолжает открывать новые тяжелые барионы

17 мая Набор данных идет всё ускоряющимися темпами

1 апреля Какой сорт вина лучше индуцирует сверхпроводимость?

17 марта Протоны впервые разогнаны до 4 ТэВ

15 марта Коллайдер заработал после перерыва на зиму

13 марта CDF подтверждает аномально сильную топ-анти-топ-асимметрию

13 марта Moriond 2012: поиск новых частиц

12 марта Moriond 2012: новые данные по хиггсовскому бозону

8 марта Почему зебры полосатые?

2 марта Черных дыр на LHC по-прежнему не видно

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):