Zonnewind als tuinsproeier: coronale gaten en ruimteweer
0
Als een tuinsproeier: zo wordt de zonnewind via coronale gaten de ruimte in gespoten. Tot nu toe was het verband tussen de positie van coronale gaten en de eigenschappen van de zonnewind nog niet goed begrepen, maar we komen stapvoets dichterbij mogelijke verklaringen. Onderzoekers spreken in een nieuwe studie in Nature over het ‘tuinsproeiereffect’, waarbij je afhankelijk van de positie enkel ‘spetters’ of de volle laag krijgt. Deze nieuwe kennis draagt bij tot diepere inzichten en het beter en sneller voorspellen van zonne-events die invloed uitoefenen op de aarde en op communicatie- en elektriciteitsnetwerken.
Coronale gaten: locatie van invloed op snelle zonnewind
De zon is een bron van een constante stroom elektrisch geladen deeltjes die met hoge snelheid het zonnestelsel in worden geblazen. Deze stroom staat bekend als de zonnewind. Vooral via zogenaamde coronale gaten ontsnapt deze wind aan supersonische snelheden, gekend als de snelle zonnewind of HSSs, high speed solar wind (er bestaat ook trage zonnewind, vandaar). Maar hoe precies deze coronale gaten de eigenschappen van de zonnewind beïnvloeden, bleef lange tijd een mysterie. Een nieuwe studie werpt daar nu een straaltje licht op.
- Meer over ruimteweer.
Tuinsproeiereffect
Onderzoekers van o.a. het Skolkovo Institute of Science and Technology en Columbia University ontdekten dat niet alleen het bestaan van coronale gaten, maar ook hun locatie op de zon, en de helling van de zon ten opzichte van de aarde (de zogeheten B0-hoek), een grote rol spelen bij het bepalen van de kracht en richting van de zonnewind.
Ze maken daarbij gebruik van een treffende analogie: de zon werkt als een tuinsproeier. Sta je recht in de straal, dan krijg je de volle lading. Sta je ernaast, dan voel je slechts een paar spetters. Dat geldt ook bij de zonnewind: meetinstrumenten in de ‘straal’ registreren hoge snelheden, terwijl andere slechts ‘spetters’ detecteren.
Wat zijn coronale gaten?
Coronale gaten zijn relatief koelere gebieden in de buitenste atmosfeer van de zon, de corona. Het zijn visueel ook donkere gaten, omdat ze als donkere vlekken verschijnen op UV- of röntgenbeelden van de zon. Ze tonen waar het zonneplasma ontsnapt in de vorm van zonnewind. Op deze plekken staat het magnetisch veld van de zon open, waardoor deeltjes wegstromen. Ze vormen als het ware vensters waarlangs de zonnewind ontsnapt. Die deeltjesstroom, een heet plasma van elektronen, protonen en heliumnuclei, razen als een turbulente rivier door het zonnestelsel.
Invloed zonnewind op de aarde
Zodra de zonnewind in aanraking komt met de magnetosfeer van de aarde, treden er verschillende effecten op. Enerzijds leidt dat tot poollicht, maar anderzijds kan het ook leiden tot storingen in satellieten, communicatiesystemen, navigatieapparatuur en zelfs problemen op het elektriciteitsnet. En niet te vergeten, de gezondheid van astronauten.
Soms botst een snelle stroom zonnewind (HSSs) uit een coronaal gat met een tragere stroom die eerder werd uitgestoten. Daarbij ontstaan coroterende interactieregio’s: spiraalvormige structuren die met de zon meedraaien en de aarde periodiek kunnen raken, ongeveer elke 27 dagen. Dit fenomeen in het ruimteweer heeft potentieel grote gevolgen voor onze technologie.
Lagrangepunten, betere voorspellingen, Vigil-missie
Om het effect van coronale gaten op de zonnewind beter te begrijpen, maakten de onderzoekers gebruik van gegevens van de STEREO-A en STEREO-B-satellieten, samen met waarnemingen vanaf de aarde.
Ze simuleerden een situatie waarbij meetpunten op twee verschillende locaties in de ruimte worden gebruikt: Lagrangepunt L1, tussen de zon en de aarde (de standaardpositie voor zonnewindmetingen), en Lagrangepunt L5, een punt ongeveer 60 graden achter de aarde in haar baan.
L5 is ook de beoogde positie voor ESA’s toekomstige Vigil-missie.
De onderzoekers ontdekten dat vooral kleine coronale gaten op hogere breedtegraden zorgen voor sterkere richtingsgevoeligheid van de zonnewind. Grotere gaten verdelen de wind gelijkmatiger. Door dit soort variabelen (de positie, grootte van de gaten én de B0-hoek) op te nemen in een nieuw algoritme, kan men vanuit L5 (waar de Vigil-missie werkzaam zal zijn) meerdere dagen eerder waarschuwen voor geomagnetische stormen. Tot nu toe was dat vaak slechts enkele uren van tevoren mogelijk.
Ruimteweer onder controle?
Deze bevindingen benadrukken hoe belangrijk het is om vanuit meerdere invalshoeken naar de zon te kijken. Door gegevens van verschillende locaties te combineren, kunnen we de complexe dynamiek van de zonnewind beter voorspellen. En dat is cruciaal in een tijd waarin onze samenleving steeds afhankelijker wordt van technologie die gevoelig is voor ruimteweer.
Hoe beter we de ‘tuinsproeier’ van onze zon begrijpen, hoe beter we ons kunnen wapenen tegen haar driftbuien.