Weersvoorspellingen op de zon?!

De zon

De zon, het middelpunt van ons zonnestelsel en voedingsbron van al het leven op aarde. Omdat de zon zo invloedrijk is op onze aarde worden er veel metingen aan verricht. De ideale omstandigheden voor zulke zonnemetingen zijn op Hawaï
Wie aan Hawaï denkt, ziet al gauw wuivende palmbomen en een zonnig strand voor zich. Maar deze reeks eilanden biedt nog veel meer dan exotische vakanties. Er heerst namelijk een ideaal klimaat om onderzoek te doen naar objecten in het heelal. Ten eerste waait er vrijwel altijd een stabiele wind, die ervoor zorgt dat er weinig turbulenties in de atmosfeer ontstaan en deze dus ook stabiel is voor metingen. Ook zijn er verschillende slapende vulkanen aanwezig die zo hoog zijn, dat de toppen boven het wolkendek liggen. Daardoor is er geen verstrooiing door waterdruppels en de stofdeeltjes afkomstig van de grond, worden door de wolken tegen gehouden.
Dit alles bij elkaar heeft als positief gevolg dat de sterren daar niet fonkelen, wat bijna op alle andere plaatsen op aarde wel zo is, als je naar de hemel kijkt. Als je hier in Nederland bijvoorbeeld met je duim de zon afdekt, is er geen duidelijke overgang te vinden van de lucht naar de rand van de zon. Op Hawaï is dit wel het geval, doordat er dus nauwelijks verstrooiing is.

Zonnetelescoop? Het heelal bestudeer je meestal met een nachttelescoop, maar als je de zon wilt bestuderen heb je een ander soort telescoop nodig. Achter iedere telescoop zit basaal het zelfde principe: met verschillende spiegels en/of lenzen het binnenkomende licht focusseren. Omdat de zon relatief dicht bij de aarde staat, wordt er ontzettend veel vermogen gegenereerd als al dit licht samenvalt. Ten opzichte van nachttelescopen zijn zonnetelescopen daarom vele malen kleiner, omdat er anders een grote hoeveelheid energie op een plaats wordt gefocusseerd (denk hierbij aan het focusseren van het zonlicht met een vergrootglas, waarmee je uiteindelijk ook iets kan laten branden). De grootste nachttelescoop heeft een spiegeldiameter van 12 meter, terwijl de grootste zonnetelescoop een spiegel heeft van “slechts” 1,4 meter. Doordat er op de spiegeloppervlakte ondanks de aanwezige koeling nog veel warmte ontstaat, gaat de lucht langs de oppervlakte stromen. Door deze turbulentie wordt het beeld van de telescoop verstoord. Dit probleem kan grotendeels worden verholpen door bijvoorbeeld de spiegel in vacuüm te plaatsen.

De zon is eigenlijk een grote kernfusiereactor die is opgebouwd uit een plasma (geïoniseerd gas).

Plasma? Meer informatie over deze begrippen vind je hier.

Doordat de zon eigenlijk een grote magneet is, ontstaan er magnetische veldlijnen. Als er met een ultravioletcamera naar de zon wordt gekeken, zijn deze veldlijnen duidelijk te zien (figuur 1).
De zon is een dynamisch geheel, doordat de aanwezige magnetische veldlijnen continu in beweging zijn. Door verstoringen in het patroon van veldlijnen kunnen uitbarstingen ontstaan waarbij energie en geladen deeltjes het heelal worden ingeblazen (zie onderstaand filmpje). Als deze materie richting aarde wordt geblazen, kan er als gevolg hiervan bijvoorbeeld noorderlicht te zien zijn (figuur 2). Maar het kan ook vervelende gevolgen hebben. Gelukkig zitten we op aarde vrij goed beschermd door het aardmagnetische veld. Alles daarbuiten kan wel flinke problemen hiervan ondervinden. Zo kunnen satellieten bijvoorbeeld wel verstoord worden en ook voor een bemande ruimtevaart kan zo’n zonnewind catastrofale gevolgen hebben. Het is dus belangrijk te kunnen voorspellen wanneer er weer een grote uitbarsting op de zon zal plaatsvinden, zodat we hier op aarde voorbereid kunnen zijn op de gevolgen.

Twee studenten van de Technische Universiteit Eindhoven, Frans Snik en Jeroen Rietjens, die wel zin hadden in een exotische stage, kwamen terecht bij de universiteit van Hawaï. Ze kregen een opdracht: metingen verrichten aan de magnetische velden die zich in de corona van de zon bevinden en die analyseren. Deze velden aan de oppervlakte van de zon zorgen namelijk voor de grootste gevolgen in de “nabije” ruimte, waar de aarde dus ook in valt. Op de lange termijn, zou er aan de hand van deze metingen een soort weersvoorspelling gemaakt kunnen worden van de zon. Omdat de magnetische velden in de corona van de zon nog nooit eerder waren gemeten, moest er eerst een methode hiervoor worden ontwikkeld.

Corona? Meer informatie over dit begrip vind je hier.

De makkelijkste methode om de eigenschappen van een geïoniseerd plasma op afstand te meten, is door te kijken naar de spectraallijnen. Om de grootte van het magneetveld te bepalen, wordt naar de Zeemanopsplitsing van deze lijnen gekeken. Deze splitsing wordt namelijk veroorzaakt door het magnetische veld. Dus de grootte van de tussenliggende ruimte van deze lijnen is een maat voor het aanwezige magnetische veld.

Zeeman-opsplitsing? Meer informatie over deze begrippen vind je hier.

Frans en Jeroen hebben zich eerst bezig gehouden met het ontwerpen en zelf bouwen van een infrarood-spectrograaf, die het spectrum in alle ‘kleuren’ ontbindt. Het voordeel van het meten in het infrarode gebied is dat de atmosfeer bij deze golflengte vrijwel transparant is. En de Zeemanopsplitsing van de spectraallijnen is groter. De ontworpen spectrograaf werd bevestigd aan de aanwezige zonnetelescoop. Daarmee kunnen de verschillende lijnen in het spectrum van de corona worden gemeten en gegevens over het magneetveld van de zon worden afgeleid. De moeilijkheid van dit soort metingen is, dat je erg afhankelijk bent van allerlei omstandigheden zoals de activiteit van de zon en het weer. Als er over een paar jaar voldoende gegevens zijn gemeten en geanalyseerd over de bewegingen van de magneetvelden op de zon, zouden er wellicht betere voorspellingen kunnen worden gedaan over de uitbarstingen.

Download bestand(PDF)
In het PDF bestand vind je meer informatie over de stage van Frans en Jeroen (vanaf blz. 6). Het verslag is geplaatst in De Koerier. De Koerier is een periodiek, uitgebracht door de studievereniging van de Technische Natuurkunde faculteit van de Technische Universiteit Eindhoven.

# Meer over kernfusie: natuurkunde.nl...
# Meer over de zon: solarviews.com...
# Meer over de SOHO missie: esa.nl...