Je leest:

De mysterieuze zon

De mysterieuze zon

Auteur: | 1 mei 2001

Tongen van vuur likken wild om zich heen. Verzengende explosies spuwen hun energie in alle richtingen. Kolkende wolken en woest bulderende rivieren van heet gas blazen en razen kriskras door elkaar. Traag borrelende bellen creëren een golvend en gloeiend tapijt, pruttelend als een lavameer, maar enorm veel heter en oneindig veel groter. Is dit de hel van Dante? Nee, dit is het oppervlak van de zon.

Gouden schijf

Op een mistige zomermorgen hangt de zon als een waterige, oranjerode bal boven de horizon. Buiten is het nog stil; in de verte vliegt een koppel ganzen. Later op de dag zal de zon hoger aan de hemel staan en zal ze kleiner lijken en feller stralen. Maar ze blijft rustig. Een gouden schijf, een smetteloze bol van licht en warmte, volmaakt en eeuwig. Maar de zon is in werkelijkheid een rusteloze wereld van spontane kernfusie, turbulent plasma en verstrengelde magneetvelden. Bovendien strekt ze haar vurige tentakels uit tot tientallen miljoenen kilometers boven het oppervlak en is haar vernietigende invloed soms zelfs op aarde voelbaar.

Spookachtige krans

De spookachtige krans die tijdens een totale zonsverduistering zichtbaar is, is in feite de ijle, hete dampkring van de zon. Die krans, de corona, heeft een onvoorstelbaar hoge temperatuur van twee miljoen graden. Op de een of andere manier wordt hij opgerakeld door explosieve verschijnselen aan het oppervlak en is hij doorvlochten met magnetische veldlijnen die het aura-achtige verschijnsel zijn organische structuur verlenen. Hoe maak je een zon? Gooi 1500 quadriljoen ton waterstof en 500 quadriljoen ton helium op een hoop, en de natuurkrachten nemen het over. De zwaartekracht perst alles op elkaar totdat de druk in de kern tweehonderd miljard atmosfeer bedraagt en de temperatuur oploopt tot vijftien miljoen graden. De sterke kernkracht smelt waterstofatomen samen tot heliumatomen. De elektromagnetische kracht houdt het samenspel van materie, straling en magneetvelden in stand. De hel van Dante ontstaat vanzelf.

Foto van de corona van de zon, genomen tijdens de zonsverduistering van 11 augustus 1999 Bron: Philippe Duhoux – ESO

Nucleaire oven

Diep in het binnenste van de zon, in de kolkende nucleaire oven, wordt elke seconde vier miljoen ton massa omgezet in pure energie. Maar de resulterende gammastraling – de meest energierijke straling in de natuur – kan op die diepte, zevenhonderdduizend kilometer onder het oppervlak, nauwelijks door het superdichte zonnegas dringen. Het duurt honderdduizenden jaren voordat de energie uit de kern het oppervlak van de zon bereikt. Het grootste deel van die route leidt door de stralingszone van de zon – een gebied dat zich uitstrekt tot tweehonderdduizend kilometer onder het oppervlak. Deze stralingszone bevat meer dan de helft van alle materie in de zon. Het is een kolossale schil van heet gas, met een bekende, eenvoudige samenstelling, waarvan druk, temperatuur en dichtheid netjes toenemen met de diepte volgens de onwrikbare wetten van de thermodynamica.

Convectiezone

Nee, de chaos speelt zich in de buitenste tweehonderdduizend kilometer af, de zogeheten convectiezone. Hier vindt het energietransport niet plaats door middel van straling, maar via convectie: niet alleen de energie wordt getransporteerd, maar het gas zelf is voortdurend in beweging. De buitenste schil van de zon – zestien keer zo dik als de middellijn van de aarde – is een continu borrelende soep van opstijgend heet gas waarin op sommige plaatsen juist koelere materie naar beneden zakt.

En dat is niet alles: op enige diepte vindt een gestage circulatie plaats tussen de evenaargebieden en de poolgebieden van de zon. Vlak onder het oppervlak stroomt gas met een snelheid van zo’n tachtig kilometer per uur in de richting van de polen; op veel grotere diepte vindt waarschijnlijk het retourtransport plaats. En dwars door deze systematische circulatie heen boren zich snelle ‘onderaardse’ gasrivieren, als golfstromen in de oceanen of passaatwinden in de dampkring. De convectiezone is een woeste maalstroom van kolkend gas, turbulenter dan een wervelwind.

Magneetvelden

Magneetvelden vormen de verraderlijke wegbakens en vangrails in deze driedimensionale verkeerschaos. Ook vlak onder het zonsoppervlak is de temperatuur zo hoog dat het zonnegas een volledig geïoniseerd plasma is: positief geladen atoomkernen en negatief geladen elektronen gaan hun eigen weg. En al die elektrisch geladen deeltjes wikkelen rond de magnetische veldlijnen. Buigen die lijnen om, dan buigt het plasma mee.

De oorsprong van het magneetveld van de zon is een raadsel. Het zou een zwak overblijfsel kunnen zijn van een veel sterker veld uit de ontstaansperiode van de zon, een kleine vijf miljard jaar geleden. Maar de meeste astronomen denken dat zich ergens in het inwendige van de zon een kolossale dynamo schuilhoudt, waar magnetische velden gegenereerd worden door elektrische stromen.

Zonnevlekken

De oorsprong mag dan een raadsel zijn: het magneetveld is er en het bepaalt in elk opzicht het zinderende uiterlijk van de zon. Zoals het ijzeren vlechtwerk in gewapend beton liggen de magnetische veldlijnen ingebed in het gloeiende zonneplasma. Elektronen en atoomkernen bewegen langs de veldlijnen, maar andersom geldt dat de veldlijnen met het gas meebewegen. Omdat ze aan de evenaar in minder tijd een rondje maken dan op hogere breedtegraden, raken de veldlijnen steeds strakker opgewikkeld. En overal waar de veldlijnen strakker op elkaar komen te liggen, neemt de veldsterkte toe, met alle gevolgen van dien. Zo vormen die gordiaanse knopen soms een belemmering voor het omhoog borrelen van heet gas. Aan het oppervlak ontstaat dan een relatief koele plek, met een temperatuur van ‘slechts’ drieduizend graden: een zonnevlek.

Elders knappen de veldlijnen als kromgebogen spaghettistokjes kapot en vinden er juist uitbarstingen van elektrisch geladen deeltjes en energierijke straling plaats. Overal aan het zonsoppervlak priemen voortdurend honderdduizenden kleine magnetische lussen omhoog – boogvormige verbindingen tussen even zovele kleine noord- en zuidpooltjes, die zelf continu van positie veranderen en binnen twee dagen weer zijn verdwenen om plaats te maken voor nieuwe. Dit Perzisch tapijt van magnetische lussen is beweeglijker dan drijfzand. In de convectiecellen aan het zonsoppervlak borrelt heet gas uit het inwendige omhoog. Het spreidt zich in horizontale richting uit en op de grenzen van de honingraatachtige cellen verdwijnt het weer in de diepte. De magnetische lussen worden meegevoerd in die op- en neergaande beweging en waar ze elkaar ontmoeten, raken de veldlijnen zo verstrikt dat ze zich herrangschikken in een minder energetische configuratie. De overtollige magnetische energie komt vrij in de vorm van straling. Het flexibele netwerk van celranden vormt bovendien de oorsprong van een belangrijke component van de zonnewind – een stroom elektrisch geladen deeltjes die met snelheden van honderden kilometers per seconde de ruimte in wordt geblazen.

Protuberansen

Grotere lussen, soms tien keer zo groot als de hele aarde, verheffen zich dagen- of wekenlang boven het oppervlak en vormen indrukwekkende protuberansen. Tijdens totale zonsverduisteringen zijn die soms zichtbaar als heldere, rozerode lichtvlekken aan de rand van het zwarte maansilhouet. En nog weer grotere structuren vormen een magnetische mal voor de bewegingen van het ijle gas in de corona, de hete dampkring van de zon.

De heftigste uitbarstingen zijn de coronale massa-ejecties, waarbij een geweldige wolk van honderden miljoenen tonnen zonnegas het heelal in wordt geblazen. Ze gaan gepaard met energierijke zonnevlammen en wanneer de zon extra actief is, treden ze een paar keer per dag op. Wanneer het gas na een aantal dagen bij de aarde aankomt, verstoort het gas het aardse magneetveld, veroorzaakt het poollicht in de dampkring en leidt het tot storingen in radioverbindingen en elektrische apparatuur. Tien jaar geleden kwamen zes miljoen Canadezen een nacht zonder stroom te zitten als gevolg van zo’n zonnestorm; vorig jaar raakte een dure Amerikaanse communicatiesatelliet onklaar.

Smeltende poolkappen

De waterige, oranjerode bal lijkt ver en vredig. Maar de zon van Dante strekt haar klauwen uit tot ver in het zonnestelsel. Haar adem omspoelt de aarde; haar oprispingen beuken op de dampkring. Als de energieproductie van de zon ook maar één procent afwijkt van het gemiddelde, leidt dat tot ijstijden of smeltende poolkappen.

Er is beangstigend weinig bekend over de zon. Niemand kent de oorsprong van de activiteitscyclus, niemand weet hoe het magnetisch veld wordt opgewekt en niemand begrijpt hoe het ijle gas in de corona tot twee miljoen graden verhit kan worden.

Dit artikel is eerder verschenen in nummer 3 uit de jaargang 2001 van het blad Archimedes.

Dit artikel is een publicatie van Archimedes.
© Archimedes, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 mei 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.