Geladen zonnedeeltjes bron noorderlicht

Onderwerp: Elektrisch veld en magnetisch veld, Sterrenkunde
Begrippen: Energie

De oorsprong van het noorderlicht ligt bij de zon. Hier vormen zich wolken met geladen deeltjes – zonnestormen – die met hoge snelheid de aarde bereiken. Daar botsen de deeltjes tegen moleculen en atomen in onze atmosfeer waarbij noorderlicht ontstaat. Hoe ontstaan deze zonnestormen?

“De zon is een kernreactor, die bijna geheel bestaat uit waterstof en helium”, vertelt Vincent Icke, hoogleraar sterrenkunde aan de Universiteit Leiden. “Binnen in de zon is het gas door de enorme zwaartekracht van de zon zeer sterk samengeperst – tot wel 150 ton (150.000 kg) per kubieke meter! De temperatuur is hier extreem hoog, bijna 16 miljoen graden Celsius. Hierdoor bestaat het binnenste van de zon uit een gloeiendhete soep van geladen deeltjes, dat noem je een plasma. Door de extreme hitte smelten waterstofkernen samen tot helium – er treedt kernfusie op. Daarbij komt gigantisch veel energie vrij in de vorm van licht.”

zon
Figuur 1: De zon is een ster, een gloeiendhete bol. Bron: Wikimedia.

“De straling uit het binnenste van de zon worstelt zich een weg naar buiten”, vervolgt Icke. “Hierdoor komt de mantel van de zon in een kolkende beweging, dat heet convectie. De convectie ontstaat doordat de buitenlagen van de zon worden verhit door de veel hetere lagen daaronder. Je zou het kunnen vergelijken met water in een waterkoker dat gaat woelen, voordat het water kookt. De straling uit het binnenste van de zon ontsnapt door het oppervlak, waar de temperatuur met ‘maar’ bijna 6000 graden Celsius veel lager is.”

Door de convectie zijn de buitenste lagen van de zon voortdurend in beweging in grote convectiecellen, een soort ronddraaiende warmtestromen. Dat is een beetje zoals het weer op aarde, maar dan bij zeer hoge temperatuur. Dit soort convectiecellen komen ook voor binnenin de aarde, omdat radioactiviteit het binnenste van onze planeet verhit. Dat is de oorzaak van onze bewegende continenten.

“De convectie in de diepere lagen van de zon sleept elektronen mee”, vertelt Icke. “De elektrische stromen die zo ontstaan, wekken magnetische velden op. Dit is vergelijkbaar met wat er gebeurt in een aardse elektromagneet. Plukjes van die velden steken door het oppervlak van de zon naar buiten en komen terecht in de atmosfeer van de zon – de corona. Daar zijn ze te zien als enorme lussen. Dit zijn bundels van draden waterstofgas die de richting van het magnetische veld volgen. Die magnetische velden worden meegesleept door de bewegingen van het gas aan het oppervlak.”

Afbeelding zon NASA
Figuur 2: Magnetische veldlijnen die buiten de zon uitsteken en waar waterstofgas omheen beweegt. Afbeelding gemaakt met NASA's Solar Dynamics Observatory (SDO). Bron: Courtesy of NASA/SDO and the AIA, EVE, and HMI science teams.

Zo komen de magnetische velden hier en daar ook buiten de zon terecht. Icke: “De slierten magnetische veldlijnen zitten vast aan de zon bij de zonnevlekken. Als deze slierten kort zijn, zijn ze stug. Maar zijn ze lang, dan kunnen ze heen en weer zwiepen in de ruimte. En als die magnetische slierten heen en weer bewegen, dan kunnen ze bij elkaar in de buurt komen. Je krijgt dan een soort magnetische kortsluiting. Er blijven dan twee stukjes aan de zon zitten, terwijl het andere deel losschiet.”

Figuur 3: Filmpje met uitleg over het ontstaan van afgeschermde magnetische velden die vanaf de zon de ruimte in geslingerd worden. Bron: Vincent Icke.

“Het proces van magnetische kortsluiting is extreem ingewikkeld. Je kunt het tot op zekere hoogte wel vergelijken met elektrische kortsluiting. De magnetische velden die dicht bij elkaar zitten, wijzen in tegengestelde richting. Door tussenkomst van de elektronen in het zonnegas raken ze in elkaar verstrikt”, vertelt Icke. “Vergelijk het maar met een snelweg zonder middenberm en vangrail: als een paar hardrijdende auto's in tegengestelde richting met elkaar botsen, ontstaat er een ravage!”

Door de magnetische kortsluiting worden lussen van het magnetische veld afgesnoerd, zodat ze niet meer aan de massa van de zon vastzitten. De magnetische lussen slepen stukken van het buitenste zonnegas met zich mee, soms wel een miljard ton aan zonnedeeltjes. De vrijgekomen energie geeft die plukken ‘veld-plus-gas’ een enorme snelheid. De wolk met zonnedeeltjes – een plasmawolk – die zo is ontstaan, wordt vanaf de zon met een razende vaart de ruimte in geslingerd. Je noemt dit een zonnestorm.” 

Noorderlicht
Figuur 4: Noorderlicht in Tromsø, Noorwegen. Bron: Unsplash.

Als deze plasmawolk met zonnedeeltjes de atmosfeer van de aarde bereikt, ontstaat het noorderlicht.

Met dank aan Vincent Icke