來自 《自然》 雜誌
這聽起來像一個陰謀論：來自深空的“宇宙射線”可能正在地球大氣層中形成雲並改變氣候。然而，在瑞士日內瓦附近歐洲高能物理實驗室 CERN 進行的一項實驗，正在發現初步證據支援這一觀點。
今天發表在《自然》雜誌上的這些發現是初步的，但它們正在激起一場關於來自遙遠恆星的輻射在改變氣候中所起作用的長期爭論。
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一個世紀以來，科學家們都知道來自太空的帶電粒子不斷轟擊地球。這些粒子被稱為宇宙射線，主要是在超新星爆發時噴射出的質子。當質子穿過地球大氣層時，它們可以使揮發性化合物電離，導致這些化合物凝結成空氣中的液滴或氣溶膠。然後，雲可能會在液滴周圍積聚。
到達地球的宇宙射線的數量取決於太陽。當太陽發出大量輻射時，其磁場會遮蔽地球免受宇宙射線的侵襲。在太陽活動較低的時期，會有更多的宇宙射線到達地球。
科學家們對這些基本事實達成了共識，但在宇宙射線是否可以在雲的形成和氣候變化中發揮重要作用方面，意見分歧很大。自 20 世紀 90 年代末以來，一些人認為，當高太陽活動降低宇宙射線水平時，反過來會減少雲量並使地球變暖。其他人則認為，沒有統計證據表明存在這種影響。
兩極分化的視角
“人們的兩極分化太過嚴重，而且在我看來，目前我們理解薄弱的重要領域有很多，” CERN 的物理學家賈斯珀·柯克比說。他特別指出，關於宇宙射線對大氣化學的確切影響，很少進行受控研究。
為了找出答案，柯克比和他的團隊正在一項名為“宇宙射線離開室外液滴（CLOUD）”的實驗中，將大氣帶到地球上進行研究。該團隊在一個定製的腔室中填充超純空氣和被認為可以促進雲形成的化學物質：水蒸氣、二氧化硫、臭氧和氨。然後，他們用來自大型強子對撞機（世界上最強大的粒子加速器）的同一加速器中的質子轟擊腔室。隨著人造宇宙射線的湧入，該小組仔細取樣人工大氣，以觀察射線產生的影響。
早期結果似乎表明宇宙射線確實會引起變化。高能質子似乎將奈米級粒子從氣態大氣中的產生量提高了十倍以上。但是，柯克比補充說，這些粒子太小，無法作為雲的種子。“目前，它實際上並沒有說明宇宙射線對雲和氣候的可能影響，但這是一個非常重要的第一步，”他說。
辯論雙方的科學家都歡迎這些發現，儘管他們得出了不同的結論。“當然，還有許多事情需要探索，但我認為宇宙射線/雲播種假說正在與現實趨於一致，”丹麥哥本哈根技術大學的物理學家亨裡克·斯文斯馬克說，他聲稱氣候變化與宇宙射線之間存在聯絡。
其他人則不同意。英國雷丁大學的太空和環境物理學家邁克·洛克伍德持懷疑態度，他反駁說，CLOUD 實驗“並沒有鞏固這種聯絡”。洛克伍德表示，與大氣中的其他雲形成過程相比，這些小顆粒可能生長得不夠快或不夠大，因而並不重要。
英國利茲大學的氣候學家皮爾斯·福斯特說：“我認為這是一項非常值得且早就應該進行的實驗。”他為政府間氣候變化專門委員會的最新科學評估研究了宇宙射線與氣候之間的聯絡。但至少目前而言，他說，這項實驗“可能提出的問題多於它回答的問題”。
柯克比希望這項實驗最終能夠回答有關宇宙射線的問題。他說，在未來幾年，他的團隊計劃在腔室中使用更大的粒子進行實驗，並希望最終產生人工雲進行研究。“我們將不得不進行一系列測量，這將至少需要五年時間，”他說，“但最終，我們希望以某種方式解決這個問題。”
本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於 2011 年 8 月 23 日首次發表。