Plasmafysici Jan-Willem Blokland van FOM-Instituut Rijnhuizen en Rony Keppens van de Universiteit Leuven publiceerden recentelijk twee artikelen in het blad Astronomy & Astrophysics over hun model dat het bewegende zonneplasma voor het eerst tot in detail beschrijft.
Het plasma waar onze zon en andere sterren uit bestaan, is materie die zo heet is dat de atomen opbreken in geladen deeltjes (elektronen en protonen). Dit plasma stroomt zoals een gas en reageert daarnaast sterk op elektrische en magnetische velden. Het plasma zelf wekt bovendien ook nog eens zulke velden op. Het is dan ook bijna onhaalbaar om in een computermodel rekening te houden met al die wisselwerkingen tegelijk.
Onderzoekers beschrijven plasma vaak met vereenvoudigde rekenmodellen, waarin bijvoorbeeld variaties in de druk of in het omringende magneetveld niet worden meegenomen. Blokland en Keppens slaagden erin al die verschijnselen wél realistisch te modelleren met de gekoppelde computermodellen FINESSE en PHOENIX.
Trillen als een gitaarsnaar
De onderzoekers kunnen nu het gedrag van de boogvormige protuberansen voorspellen. Volgens Blokland bestaan de plasmabogen uit trillende buizen van geladen deeltjes. “In die buizen gebeurt een hoop”, legt Blokland uit. “Net als in een gitaarsnaar lopen er trillingen door zo’n protuberans. En alles reageert op alles: de golvende bewegingen van het plasma, maar ook van de elektromagnetische velden. Het resultaat is – vergelijkbaar met een gitaarsnaar – een hele serie van aangeslagen toestanden van de boog.”
De twee onderzoekers denken met hun model veel meer inzicht te krijgen in het gedrag van onze ster: “Als je eenmaal weet welke trillingen en bewegingen er in zo’n gespannen snaar van plasma voorkomen en hoe, kun je uit satellietwaarnemingen veel meer afleiden over wat er precies plaatsvindt op de zon.”
Geleend computermodel
Het FINESSE- en PHOENIX-rekenmodel dat Blokland en Keppens gebruiken komt oorspronkelijk uit de wereld van kernfusie. Fusie-onderzoekers proberen de energiebron van de zon na te bootsen als nieuwe vorm van schone en veilige energie. In een reactor verhitten ze hun brandstof tot het een plasma van honderden miljoenen graden is. In dat hete plasma ontstaan vanzelf instabiliteiten en turbulentie.
Controle over die instabiliteiten is essentieel om de fusiereactor efficiënt te laten werken. Daarom hebben fusie-experts uitgebreide rekenmodellen om de bewegingen in het plasma tot in de kleinste details te voorspellen. Die rekenmodellen blijken nu dus ook geschikt om toe te passen op het plasma van de zon.
Blokland laat weten: “Het mooie van de natuurwetten van het plasma is dat ze eigenlijk op elke schaal hetzelfde zijn: met één set vergelijkingen beschrijven je zowel de enorme massa’s plasma op de zon, als de paar kubieke meter plasma in een fusiereactor. Door onze theorie te testen op het gedrag van de zon, leren we daarom misschien weer meer over het plasma in fusiereactoren.”