Solar Magnetic Variability and Climate C. de Jager, S. Duhau symbolische beschrijving van de magnetische structuur van zonnevlekkenEen bijdrage van Martijn van Mensvoort.

Toen de Nederlandse astronoom Prof. dr. Kees de Jager terug keerde naar zijn geboorte-eiland Texel, werd hem gevraagd door de voormalig directeur van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee, Prof. Jan de Leeuw, om de relatie tussen zonneactiviteit en ons klimaat te onderzoeken. Bij dit onderzoek werkte hij samen met Silvia Duhau, Ad Nieuwenhuizen, Hans Nieuwenhuijzen en vele andere onderzoekers. Dat onderzoek, gedaan over een periode van 15 jaar, heeft ongeveer tien papers opgeleverd met opmerkelijke nieuwe inzichten. Alle papers zijn hier bij elkaar verzameld en vormen de rode draad voor dit boek.

Dit boek behandelt de equatoriale en poloïdale magnetische velden van de zon, en de recent ontdekte magnetische velden op granulaire schaal. Verder wordt een voorspellingsmethode beschreven voor de ‘zonnevlek maxima’ tot 2130, en de begrippen ‘fasediagram’, ‘Transitie Punt’ en ‘grand episode’ worden uitgelegd. De start van moderne opwarming (1920) en het concept van variabiliteit t.g.v. de zon als onderdeel van de moderne opwarmingscurve (≈ 0,15 °C), zijn statistisch bepaald met dezelfde methode die is toegepast om de invloed van de variabiliteit van de zon op het klimaat te bestuderen. Een ander aspect van onze studie is het niet-lineaire tijdsverschil tussen de zonne-magnetische toename en de opwarming van de aarde, dat enigszins parallel loopt met de lengte van de gletsjers. Dit tijdsverschil is in de laatste decennia van de 20e eeuw bijna nul geworden.

[Bovenstaande betreft een vertaling van de beschrijving op de achterzijde van het boek.]


Recensie door Martijn van Mensvoort

In december 2020 werd het boek ‘Solar Magnetic Variability and Climate’ gepresenteerd; de auteurs hebben de inhoudsopgave en de ‘Introduction and summary‘ in digitale vorm beschikbaar gesteld, zie HIER.

Het boek is opgebouwd uit 10 hoofdstukken (175 paginas).


Figuur 1.1 & 2.3: De magnetisch structuur van zonnevlekken.

Figuur 1.1 en 2.3: De magnetisch structuur van zonnevlekken.


In de eerste drie hoofdstukken worden 3 magnetische componenten van de zon beschreven, respectievelijk:

Hoofdstuk 1 beschrijft het equatoriale magnetische veld, dat meer bekend is in de vorm van de zogenaamde ‘zonnevlekken’ – zie bovenstaande afbeelding (de afbeelding rechtsonder presenteert een symbolische beschrijving van de magnetische structuur van zonnevlekken de niet in het boek staat vermeld).
Hoofdstuk 2 beschrijft het polaire magnetische veld waarvoor een proxy wordt gebruikt, namelijk: de minima van de geomagnetisch aa index.
Hoofdstuk 3 beschrijft het lokale korrelige magnetische veld [granulatiecellen], dat wordt getoond in onderstaande video (in het boek wordt enkel een foto gepresenteerd).


VIDEO: Veranderingen over een tijdsbestek van 10 minuten in de granulair fijne structuren, samengesteld uit beelden met de hoogste resolutie van het oppervlak van de zon die ooit zijn gemaakt. Elk van de bubbelachtige korrels van convectie-plasma die hier te zien zijn heeft een diameter in de orde van gemiddeld ongeveer 1500 kilometer, vergelijkbaar met een oppervlakte 3x zo groot als Frankrijk (de video toont magnetisch fenomenen met een omvang vanaf ongeveer 30 kilometer). Credits: NSO, NSF en AURA; bron: Scientific American.


In hoofdstuk 4 wordt ingegaan op de zogenaamde zonne-dynamo. Dit betreft het fysieke proces dat het magnetisch veld van de zon genereert. Vervolgens wordt in hoofdstuk 5 beschreven dat de activiteit van de zon in de 2de helft van de 20ste eeuw op een ‘Grand Maximum’ (= een ongewoon hoog niveau) is beland; vervolgens is deze in het 1ste decennium van de 21ste eeuw wat afgenomen.

In hoofdstuk 6 wordt uitgebreid ingegaan op hoe de activiteit van de zon zich komende eeuwen zal gaan ontwikkelen. Dit toont een beeld waarbij de zon waarschijnlijk zal gaan functioneren op een relatief laag niveau dat bij benadering vergelijkbaar is met het Dalton minimum aan het begin van de 19de eeuw.

De laatste vier hoofdstukken gaan over het klimaat op aarde en de bijbehorende variaties als gevolg van magnetische zonneactiviteit. De aandacht is beperkt tot het klimaat van de noordelijke hemisfeer van de aarde. De auteurs beschrijven dat de grondtemperatuur van de noordelijke hemisfeer afgelopen eeuwen t/m de eerste 2 decennia van de 20ste eeuw “volledig correleert” met de activiteit van de zon (op basis van een ‘smoothing interval‘ van 18 jaar). Vanaf 1920 toont de analyse een additionele component van opwarming aangetroffen bij de noordelijke hemisfeer, die rond het jaar 2000 een waarde in de orde van bijna 1 °C heeft bereikt.

Hoofdstuk 7 beschrijft o.a. dat afname van de activiteit van de zon een rol heeft gespeeld bij de stagnatie in de opwarming tijdens het eerste decennium van de 21ste eeuw.

Daarna gaat hoofdstuk 8 dieper in op de relatie tussen de temperatuur en de drie bestudeerde componenten van de zon. Het equatoriale magnetische veld van de zon verklaart bijna 43% van de variantie in de temperatuur ontwikkeling van de noordelijke hemisfeer van de aarde en het polaire magnetische veld verklaart ruim 32% van de variantie. Het restant (bijna 25%) wordt door de auteurs in dit boek voor het eerst in verband gebracht met de 3de magnetische component van de zon: de lokale granulen.

Hoofdstuk 9 beschrijft een faseverschil van 16 jaar tussen de activiteit van de zon en de temperatuur; hierbij wordt o.a. gerefereerd aan een eerdere studie waarbij een faseverschil van 20 jaar is beschreven voor de activiteit van de zon en de temperatuur van een Aziatische gletsjer (Weiss, 2010; figuur 13). De auteurs speculeren hierbij over de mogelijkheid dat een soortgelijk faseverschil een verband kan impliceren tussen de zeer hoge activiteit van de zon rond het jaar 1960 en de relatief sterke temperatuurstijging in de periode 1990-2000.

Figuur 9.13 toont voor de periode tussen het Maunder minimum (= de periode van lage zonneactiviteit rond de overgang van de 17de en 18de eeuw) en 1920 impliciet een temperatuur variabiliteit t.g.v. de zon in de orde van bijna 0,3 °C. Voor de periode vanaf 1920 bedraagt deze variabiliteit ongeveer 0,15 °C. Conform de analyse van de auteurs kan voor de periode vanaf het Maunder minimum t/m de eerste helft van 2016 de zon verantwoordelijk worden gehouden voor een temperatuurstijging in de orde van 0,2 °C van de in totaal 1,2 °C temperatuurstijging die bij de noordelijke hemisfeer van de aarde is ontstaan (zie opnieuw figuur 9.13).


Figuur 9.13.

Figuur 9.13: Dit diagram vergelijkt de gemiddelde afgevlakte grondtemperatuur van de noordelijke hemisfeer van de aarde met de variatie van de magnetische zonnestralingsflux, inclusief de 16 jaar vertraging in de invloed van de zon. De horizontale schaal toont de jaren; de verticale schaal toont de log van de stralingsflux uitgedrukt in zonne-eenheden. Tot aan het begin van de 20e eeuw lopen beiden redelijk parallel, terwijl na ongeveer 1920 de additionele verwarming dominant is.


Hoofdstuk 10 beschrijft dat er sprake is van een variabel faseverschil tussen de activiteit van de zon en de temperatuur, die in verband wordt gebracht met de feedback dynamiek rond het groei en smeltproces van gletsjers. Hierbij wordt een piekwaarde aangetroffen aan het einde van de 18de eeuw in de periode na het Maunder minimum, zie figuur 10.6. Het faseverschil is vervolgens geleidelijk afgenomen tot slechts enkele jaren rond het jaar 2000, zie figuur 10.7 (hierbij is door de auteurs overigens verondersteld dat het signaal van de zon zich daadwerkelijk laat scheiden van de temperatuur).


Figuur 10.6 en figuur 10.7.

Figuur 10.6 & figuur 10.7: er is sprake van een niet-lineair faseverschil tussen de magnetische variabiliteit van de zon en de temperatuur op aarde. De groene punten vallen binnen het 95% betrouwbaarheidsinterval; de rode punten vormen uitschieters die zijn vastgesteld op basis van een t-test.


Het boek kan worden besteld bij uitgever STIP Media (contact: Vincent de Vrede: vincent@stipmedia.nl).

Figuur 9.13, figuur 10.6 en figuur 10.7 werden speciaal voor deze recensie beschikbaar gesteld door Ad Nieuwenhuizen.

Voor meer informatie over het onderzoek van Prof. Kees de Jager, zie: www.cdejager.com; de inmiddels bijna 100-jarige Cees (Kees) de Jager was lang geleden o.a. ook voorzitter van Stichting Skepsis.

VOETNOOT: Het bestaan van een variabel faseverschil tussen de activiteit van de zon en de temperatuurontwikkeling vormt een bijzonder fenomeen. De auteurs reiken hiermee een nieuw fundamenteel inzicht aan m.b.t. de nog steeds grotendeels onbegrepen relatie tussen het complex van de zonnecycli en klimaatverandering. De inhoud van het boek laat daarnaast wel enigszins onderbelicht dat de analyse een speculatief element bevat t.a.v. de invloed van de 3de magnetische component; want deze berust op een wiskundige techniek zonder dat hierbij gebruik is gemaakt van een dataset die berust op de granulaire activiteit van de zon zelf.

De analyse roept tevens de (onbeantwoorde) vraag op in hoeverre de combinatie van de drie magnetische componenten een beeld beschrijft dat in overeenstemming is met satellietdata en de zogenaamde ‘totale zonnestraling’ [TSI = total solar irradiance, waarvoor diverse datasets beschikbaar zijn – waaronder de LISIRD TSI dataset die is ontwikkeld op basis van satellietdata door Greg Kopp, TSI instrumenteel wetenschapper van het LASP / Universiteit van Colorado; Kopp beschrijft de invloed van de zon op het klimaat in detail, zie hier: Greg Kopp VIDEO interview (mei 2020)].


Afsluitend volgt hieronder aanvullend video materiaal waarin Prof. Kees de Jager aan het woord komt:

• VIDEO 1 (2020): ‘Reis naar de zon‘ (deze video is enkel beschikbaar op de website van het NTR televisieprogramma De Kennis van Nu):

Sterrenkundige Kees de Jager (1921) kijkt net als presentator Lieven Scheire met spanning naar de ruimtesonde die onderweg is naar de zon: de Solar Orbiter. De zon is de aanjager van het klimaat op aarde, de bron van warmte en licht. Maar de zon kan ook gevaarlijk zijn: in onze steeds meer van satelliet-technologie afhankelijke maatschappij – kan een enkele zonne-uitbarsting dramatische gevolgen hebben.

De Kennis van Nu: reis naar de zon met Professor Kees de Jager.


• VIDEO 2 (2019): Voor het Gala van de Sterrenkunde op 17 december 2019 interviewde New Scientist-hoofdredacteur Jim Jansen de nestor van de Nederlandse sterrenkunde, Kees de Jager (in april 2021 hoopt hij de leeftijd van 100 jaar te bereiken).


• VIDEO 3 (2011): Op 20 mei 2011 presenteerde Kees de Jager onderstaande lezing over de relatie tussen zon en klimaat.


• VIDEO 4 (2009): In 2009 gaf Kees de Jager een interview waarin hij beschrijft dat de invloed van de zon op het klimaat wordt onderschat.

LET OP: Bij deze video mag inmiddels een belangrijke kanttekening worden gemaakt, namelijk dat het onderzoek van de Jager na 2009 heeft uitgewezen dat de invloed van de zon op de temperatuurontwikkeling minder groot blijkt te zijn dan door de Jager in dit interview toentertijd werd gesuggereerd.