De zon wordt steeds vreemder, ontdekt Solar Probe

De eerste metingen van de langs de zon scherende Parker Solar Probe hebben onverwachte waarnemingen en nieuwe inzichten in de grote mysteries van onze ster opgeleverd.

maandag, 9 december 2019,
Door Nadia Drake
In deze illustratie vliegt de Parker Solar Probe richting de zon. De in 2018 gelanceerde verkenner ...
In deze illustratie vliegt de Parker Solar Probe richting de zon. De in 2018 gelanceerde verkenner is onze ster nu dichter genaderd dan enig ander object dat door mensenhanden is gemaakt.
Foto van Illustratie NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Miljarden jaren lang heeft de zon zijn geheimen verborgen gehouden in een kolkende zee van energie: de corona. De verbijsterend hete en soms extreem gewelddadige buitenste atmosfeer van de zon is een ziedende wolk van gemagnetiseerd plasma met een temperatuur van één miljoen graden waar geen ruimtevaartuig zich ooit heeft gewaagd – tot nu toe.

Gisteren zijn in vier artikelen in het tijdschrift Naturede eerste gegevens van de NASA-verkenner Parker Solar Probe gepresenteerd. Op zijn ongekend gedurfde missie is de sonde tot dusver driemaal langs de zon gescheerd en heeft daarbij de corona als het ware kunnen proeven. Nu al hebben zijn gewaagde manoeuvres belangrijke inzichten in enkele grote zonnemysteries en ook een schat aan onverwachte waarnemingen opgeleverd.

“De sonde doet dingen die geen enkel ruimtevaartuig ooit heeft gedaan,” zegt Sarah Gibson van het National Center for Atmospheric Research. “Ik kan niet wachten tot de volgende ontdekking – hij levert echt resultaten.”

Dit soort nabije observaties zullen enkele hardnekkige geheimen rond de werking van onze zon kunnen ontrafelen en ons helpen om gevaarlijke en op de aarde gerichte uitbarstingen van de zon te voorspellen. Deze plasmawolken (CME’s – coronal mass ejections) zijn gevaarlijke uitbarstingen van hoogenergetische deeltjes die hier op aarde zelfs op gematigde breedten tot spectaculaire aurora’s (noorder- of zuiderlicht) kunnen leiden. Ze kunnen ook communicatiesatellieten vernielen en een heel elektriciteitsnet platleggen en zijn daarnaast levensgevaarlijk voor astronauten.

“Als mensen het over gevaren vanuit de ruimte hebben, denken ze vaak aan de asteroïde die een einde maakte aan de dinosauriërs,” zegt David McComas van de Princeton University, hoofdauteur van het nieuwe onderzoek. “Maar als je te maken krijgt met een enorme uitbarsting van ‘ruimteweer’ waardoor een hele hoop technologie uitvalt, dan is dat momenteel voor ons een veel groter gevaar.”

Missie om de zon te ‘proeven’

De Parker Solar werd in augustus 2018 gelanceerden begon in november van dit jaar aan zijn eerste vlucht langs de zon. Op zijn zeven jaar durende missie zal de verkenner 24-maal langs onze ster scheren en daarbij telkens iets dichterbij komen – totdat hij op een afstand van slechts 6,4 miljoen kilometer boven het oppervlak van de zon vliegt.

Zon 101
De zon zorgt ervoor dat de planeten in hun baan blijven. Wat zou er gebeuren als de zon volledig verdween? Ontdek meer over het middelpunt van ons zonnestelsel en waarom het zo cruciaal is voor het leven zoals wij dat kennen.

Aan boord van de verkenner zijn vier instrumenten, die op hun reis door de corona, metingen doen en de oorsprong van de zonnewind proberen te achterhalen, de wolk van hoogenergetische en razendsnelle deeltjes die de zon permanent uitbraakt. Omdat de zonnewind vanaf de aarde lastig is te bestuderen, moet de verkenner deeltjes van de nog ongerepte en nabije zonnewind proberen op te vangen – en daarvoor moet hij zo dicht mogelijk langs onze ster vliegen.

“Tegen de tijd dat de zonnewind de aarde bereikt, is hij sterk veranderd en heeft allerlei processen doorlopen. Veel van de structuur en andere eigenschappen die ons iets over de oorsprong van de zonnewind kunnen vertellen, zijn dan uitgesmeerd en gladgetrokken,” zegt Gibson. “Parker duikt onder in de nog ‘verse’ zonnewind en doet metingen op plekken waar de wind ongerept is.”

Wetenschappers wisten al dat de krachtiger, supersonische windvlagen van de zonnewind afkomstig zijn van relatief koude gaten in het magneetveld van de corona. Maar de precieze herkomst van de dichtere en tragere zonnewind is nog een raadsel. Dat geldt ook voor de onvoorstelbaar hoge temperaturen van de buitenste zonneatmosfeer. Terwijl het op het oppervlak van onze ster niet heter wordt dan zo’n 5500 graden, heeft de buitenste schil van de corona een temperatuur van meer dan één miljoen graden.

“De zon moet dus een of andere vorm van aanvullende energie uitstralen die we niet kennen,” zegt Justin Kasper van de University of Michigan, een van de auteurs van de nieuwe studie. “En die energie moet op een of andere manier vrijkomen. Dus moeten we een mechanisme zien te vinden waarbij energie de ruimte in wordt geslingerd en pas in de corona vrijkomt.”

Freakgolven in een zonnezee

Misschien wel de meest verbluffende waarneming die de Parker Solar Probe in deze vroege fase heeft gedaan, zijn de spectaculaire magnetische golven die door de zonneatmosfeer denderen, waarbij ze de windsnelheid in een oogwenk met bijna een half miljoen kilometer per uur aanjagen en in sommige gevallen een volledige omkering van het plaatselijke magneetveld veroorzaken. “De wind is dan zó snel en schiet met zóveel geweld langs onze instrumenten dat het magneetveld in minder dan een seconde met 180 graden kantelt,” zegt Kasper. “Onze eerste reactie was: wat is dit in hemelsnaam?”

Tijdens zijn eerste twee passages kwam de Parker Solar Probe ongeveer duizend van deze golven tegen, die op lokale schaal reusachtig zijn maar vanaf de aarde amper zijn waar te nemen. Ze duren enkele seconden of minuten, zouden een gewoon kompas volledig kunnen doldraaien en hebben geen duidelijke herkomst.

Het team noemt ze ‘switchbacks’ (‘zigzags’), en sommige wetenschappers vermoeden dat als deze golven energie afleveren, ze een rol zouden kunnen spelen in de extreme verhitting van de buitenste corona. Onduidelijk is nog waarom deze ‘kinken in de kabel’ ontstaan en of ze krachtiger en talrijker zullen worden naarmate de verkenner de zon dichter zal naderen.

Verbijsterend is ook de zijwaartse snelheid van de zonnewind. De zon tolt ongeveer éénmaal in de 24,5 aarddagen om zijn as, waarbij de deeltjes die de ster in de vorm van de zonnewind uitbraakt, aanvankelijk met die rotatie meebewegen. Maar tegen de tijd dat de zonnewind de aarde bereikt, heeft hij een radiale snelheidsvector, als water uit een ronddraaiende gazonsproeier.

Dat is tot op zeker hoogte logisch, maar toen de Parker Solar Probe dicht boven het zuidelijk halfrond van de zon vloog, registreerde ze de rotatiesnelheid van de zonnewind, die op die afstand van de zon veel hoger bleek te liggen dan iemand voor mogelijk had gehouden.

Waarom Nasa een ruimtesonde op pad stuurt om de zon 'aan te raken

“De snelheid is twintigmaal hoger dan werd voorspeld in het standaardmodel van de zon en zijn rotatie,” zegt Kasper. “We zien hier iets heel fundamenteels wat betreft de corona en de zonnewind over het hoofd.”

Buitensporig hoge windsnelheden kunnen ook invloed hebben op het tempo waarin een ster zich in de loop der tijd ontwikkelt; pasgeboren sterren hebben een hoge rotatiesnelheid, die in de loop van miljarden jaren gestaag afneemt. Daarbij verliezen de sterren energie in de vorm van zonnewind (sterrenwind in dit geval). Hoewel het er niet naar uitziet dat onze ster sneller zal opbranden dan werd gedacht, wijzen deze opmerkelijk snelle winden er wel op dat de rotatiesnelheid van de zon mogelijk sneller afneemt dan zijn tempo van veroudering.

Op kortere termijn kan de verrassend hoge rotatiesnelheid van de zonnewind ook van invloed zijn op voorspellingen over het pad van plasmawolken en de aankomsttijd van deze opvliegingen van de onze ster, die tot grote stroomstoringen op aarde kunnen leiden.

“Vaak worden plasmawolken uitgebraakt in een richting die we niet hadden verwacht (...). Nu we zulke hoge zijwaartse snelheden meten, kan dat een belangrijke verklaring zijn voor onze belabberde voorspellingen voor CME’s,” zegt Kasper. “Ik zeg niet dat we er een potje van maken, maar we zijn er niet echt goed in.”

Stofvrije zone

Voor de rest van de missie heeft de Parker Solar Probe ongetwijfeld nog meer verrassingen in petto. De verkenner staat op het punt waarnemingen te doen van een gebied rond de zon waarover al heel lang wordt gespeculeerd maar dat nog nooit is waargenomen: een zone “waar geen stofdeeltje kan overleven,” in de woorden van Russell Howard van het Naval Research Laboratory, een van de auteurs van de nieuwe studie. Het bestaan van zo’n stofvrije zone werd al in 1928 voorspeld maar is sindsdien nooit waargenomen – zelfs niet tijdens zonsverduisteringen, wanneer de directe omgeving van de zon vanaf de aarde veel beter is te zien.

Nu de activiteit van de zon weer gaat toenemen, nadat hij in zijn 11-jarige cyclus een minimum had bereikt, verwachten wetenschappers dat de missie nóg spannender resultaten zal opleveren. Uiteindelijk hoopt het team dat de Parker Solar Probe direct in de loop van een reusachtige CME zal staren – een gebeurtenis die steeds waarschijnlijker wordt naarmate de zon uit zijn tijdelijke roes ontwaakt.

“We hopen op de sterkste, snelste plasmawolk die de zon kan uitbraken,” zegt projectwetenschapper Nour Raouafi van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. “Laat maar komen.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

lees verder

Hoe de NASA-sonde op missie gaat om de ‘zon aan te raken’

Door zich te wagen aan een reis die nog geen ruimtevaartuig eerder heeft gemaakt, zal de Parker Solar Probe proberen de grootste raadsels omtrent onze dichtstbijzijnde ster op te lossen.

Voyager 2: interstellaire ruimte nog vreemder dan gedacht

Het ruimtevaartuig is de tweede sonde van de NASA die de grens tussen ons zonnestelsel en de rest van de Melkweg is gepasseerd.