Zonnewind en het ‘weer in de ruimte’

door

Het noorderlicht wordt veroorzaakt door deeltjes die afkomstig zijn van de zon. Die komen de dampkring binnen en laten de atomen lichtgeven. De continue zonnewind die de zon uitzendt, zorgt voor een voortdurende stroom geladen zonnedeeltjes naar de aarde.

Die stroom is niet constant. Soms is de dichtheid van de geladen deeltjes hoger dan op andere momenten. Er schieten dan veel meer geladen deeltjes de ruimte in. Ook de snelheid varieert. Soms waait het dus harder dan op andere momenten. En als het harder waait, is ook de kans op noorderlicht groter. We kunnen aan de hand van de zonnewind dus redelijke poollichtverwachtingen maken.

Maar wanneer waait het dan hard? Er zijn twee evenementen die een krachtige zonnewind veroorzaken: een zogenaamde coronal hole, een gat in een van de buitenste lagen van de zon. De zonnewind kan hier eerder aan de zon ontsnappen. De tweede gebeurtenis is een zogenaamde coronal mass ejection, in het kort een CME. Het heet ook wel een zonnestorm. Dat is een forse uitbarsting op het oppervlak van de zon waarbij veel geladen deeltje de ruimte in worden geslingerd. Die uitbarstingen hangen vaak samen met zonnevlekken.

De interactie van de zonnewind en het aardmagnetisch veld. Foto:NASA
De interactie van de zonnewind en het aardmagnetisch veld. Afbeelding: NASA.
Corona van de zon wordt zichtbaar tijdens zonsverduistering, coronale gaten kunnen zorgen voor een sterkere zonnewind
Totale zonsverduistering van 29 maart 2006 in Salloum, Egypte. Foto: Roy Keeris.
Coronal hole of coronaal gat
Een coronal hole nabij de evenaar. Foto: SDO/AIA.

Coronal holes

Als je een keer een totale zonsverduistering hebt meegemaakt, heb je het wel eens gezien. De atmosfeer van de zon: de corona. Deze strekt zich uit vanaf het zonsoppervlak naar buiten en vertoont mooie structuren die dus alleen zichtbaar worden als de zon verduisterd is door de maan. De zon zelf is namelijk zo fel, dat die de corona overstraalt. Maar vergis je niet! De corona is veel heter dan het oppervlak van de zon. Terwijl het oppervlak slechts een temperatuur van circa 6.000 graden Celsius heeft, is die van de corona maar liefst gemiddeld zon 1 miljoen graden Celsius, plaatselijk zelfs veel heter!

De naam corona is trouwens geen toeval. Corona is Latijn voor krans. En met een totale zonsverduistering is de corona natuurlijk zon prachtige krans om de zon/maan. Ook bij noorderlicht bestaat er een corona. Dat is als de stralen van het noorderlicht naar één punt lijken te lopen, het vluchtpunt. Dit is een perspectivisch effect. Het noorderlicht staat dan hoog aan de hemel. En natuurlijk zijn er coronavirussen. Die kenmerken zich door een krans die door de microscoop te zien is aan de buitenkant van de virussen.

Coronal holes brengen dus een krachtige zonnewind voort. Echter deze brengt hier alleen noorderlicht als die snelle zonnewind richting de aarde gaat. Daarvoor moeten de coronale gaten dicht bij de evenaar van de zon staan. Bij coronal holes rond de noord- en zuidpool van de zon, schiet de sterke zonnewind gewoon de ruimte in, en daar hebben we dus niks aan. Coronale gaten zitten vooral op en rond de evenaar tijdens een zonnevlekkenminimum (zie zonnevlekkencyclus).

Enkele dagen na een passage van een coronal hole aan de voorkant van de zon vindt er vaak een periode van een aantal dagen plaats met meer/sterker noorderlicht. Omdat de zon in 24 tot 30 dagen een keer om zijn as draait, keert een coronal hole na een paar weken terug. Daardoor kunnen we deze actieve periodes weken van tevoren voorspellen. Wanneer je speciaal voor het noorderlicht naar noordelijke bestemmingen reist, is het aan te raden rekening te houden met eventuele coronal holes.

 

Coronal mass ejections

Een andere oorzaak van een krachtige zonnewind is een coronal mass ejection of zonnestorm. Hierbij stoot de zon een grote wolk plasma uit. Dat zijn vele geladen deeltjes die met hoge snelheid de ruimte in schieten. Komt deze wolk bij de aarde aan, dan is er verhoogde kans op noorderlicht. Echter: het is geen garantie voor poollicht. Een en ander moet daarbij wel goed samenwerken.

Een coronal mass ejection (afgekort tot CME) vindt vaak plaats bij een zonnevlek. Dit is een plek aan het oppervlak dat iets koeler is dan zijn omgeving. Daardoor steken zonnevlekken donker af tegen hun omgeving. Zonnevlekken komen op zichzelf voor, maar ook in groepjes. Bedenk wel dat een zonnevlek nog altijd heet is, een paar duizend graden! Zou je de vlekken aan de hemel zetten dan produceren ze zoveel licht, dat het toch nog dag lijkt.

Zonnevlekken kunnen dus CMEs voortbrengen. Die CMEs kunnen alle kanten op schieten, maar ook in een bepaalde richting. Voor het noorderlicht is het belangrijk dat de wolk plasma uiteindelijk de aarde treft. Als er op de voorkant van de zon een grote zonnevlek zit, redelijk dichtbij het midden van de zon, is er dus een hogere kans op noorderlicht.

Wanneer er een CME of zonnestorm in aantocht is, zullen verschillende bronnen dat melden. De astronomische nieuwssite www.spaceweather.com zal er zeker een bericht aan wijden. En hier zullen we dat ook zoveel mogelijk doen.

Zonnevlekken
In 2003 was de zon bezaaid met zonnevlekken. Foto: Roy Keeris.
zonnevlekkencyclus
Het aantal zonnevlekken varieert over de jaren. Hier zie je de laatste twee maxima en de projectie voor de volgende. Afbeelding: NASA/NOAA.

Zonnevlekkencyclus

Er zijn niet altijd evenveel zonnevlekken. Het aantal varieert. Er zijn jaren met veel vlekken en jaren met weinig tot geen vlekken. De hoeveelheid vlekken varieert met een periode van ongeveer elf jaar. In de periode 2000-2002 waren er veel vlekken. Dat was een zonnevlekkenmaximum. In de periode 2008-2010 waren er juist weinig zonnevlekken. Dat was een minimum. Van 2012 tot en met 2014 was er ook een maximum in het aantal zonnevlekken, maar dit maximum lag niet zo hoog. Ook voor de komende decennia verwachten wetenschappers lage zonnemaxima.

Het aantal zonnevlekken zegt iets over de kans op CMEs. Tijdens een minimum zijn er weliswaar weinig CMEs, maar de coronal holes bevinden zich dan meer in de buurt van de evenaar. De coronal holes zorgen voor een matige verstoring van het aardmagnetisch veld. Hierdoor zal vooral het poollicht rond de polen toenemen, dus bijvoorbeeld in Lapland, IJsland en Canada. CMEs kunnen soms een krachtigere verstoring veroorzaken. Heel soms is in Nederland dan ook noorderlicht te zien. In zeldzame gevallen reikt het noorderlicht nog zuidelijker, bijvoorbeeld tot aan de Middellandse zee!

Het weer in de ruimte’

De aarde wordt omgeven door de zonnewind. Het aardmagnetisch veld beschermt onze planeet tegen de geladen deeltjes. Het is een soort schil rond de aarde. Hij zorgt ervoor dat de zonnewind grotendeels om de aarde heen verder de ruimte in wordt geleid. De meeste geladen deeltjes stromen langs de aarde, maar sommigen weten dus wel de atmosfeer binnen te dringen. De toestand van de zonnewind en het magnetisch veld rond de aarde noemen we space weather, het weer in de ruimte.

Het weer op aarde beschrijven we met variabelen als de temperatuur, de vochtigheid, wind en dergelijke op een bepaalde plek. Op een soortgelijke manier beschrijven we space weather met allerlei variabelen op een bepaalde plaats. Dat zijn bijvoorbeeld de dichtheid aan zonnedeeltjes, de stand en sterkte van het magneetveld en de snelheid van de zonnewind. Ook kijken we naar de temperatuur en het soort deeltjes dat je aantreft. Al die factoren bepalen de kans dat er poollicht ontstaat en hoe sterk dit wordt.

Het Space Weather Prediction Center (SWPC) van het Amerikaanse weerinstituut NOAA houdt dit weer bij en maakt verwachtingen voor de verstoring van het aardmagnetisch veld. Deze verstoringen veroorzaken het noorderlicht. Deze verwachtingen vind je in onze monitor.

Solar storm

Zonnestorm (solar storm) en de invloed op het aardmagnetisch veld. Bron: ESA/NASA.

Onderstaand filmpje van de universiteit van Oslo geeft een heldere uitleg over de zonnestorm (EN).