De Zon heeft vermoedelijk ook polaire wervelingen
Polaire wervelingen komen voor in de atmosferen van planeten, van de aardse planeten tot gasreuzen als Jupiter en Saturnus. Vanwege het huidige gebrek aan directe waarnemingen van de polen van de Zon is er echter niet veel bekend over hun bestaan en kenmerken. In tegenstelling tot planetaire atmosferen worden de ondergrondse lagen van de Zon sterk beïnvloed door de aanwezigheid van magnetische velden. Nieuw onderzoek toont aan dat magnetische velden van de zonnecyclus een mechanisme bieden voor het ontstaan van polaire wervelingen op de Zon.
Volgens dr. Mausumi Dikpati van het High Altitude Observatory van het Amerikaanse Nationale Center for Atmospheric Research kan niemand met zekerheid zeggen wat er gebeurt op de polen van de Zon. Maar dit nieuwe onderzoek geeft wel een intrigerende blik op wat men zou kunnen verwachten als we voor het eerst de polen van de Zon kunnen waarnemen.
De waarschijnlijke aanwezigheid van een soort polaire wervelingen op de Zon komt niet als een verrassing.
Vanwege de Corioliskracht ontwikkelen deze draaiende formaties zich in vloeistoffen die een roterend lichaam omringen en zijn ze waargenomen op de meeste planeten in ons zonnestelsel.
Ook op Aarde draait er een werveling hoog in de atmosfeer rond zowel de noord- als de zuidpool.
Wanneer die wervelingen stabiel zijn houden ze ijskoude lucht vast bij de polen, maar wanneer ze verzwakken en instabiel worden laten ze die koude lucht naar de evenaar sijpelen waardoor er koude luchtuitbarstingen ontstaan op de gematigde breedtegraden.
De Juno-missie van de NASA leverde adembenemende beelden op van de polaire wervelingen op Jupiter, met acht dicht opeengepakte wervelingen rond de noordpool van de gasreus en vijf rond de zuidpool.
De polaire wervelingen op Saturnus, gezien door de Cassini-ruimtesonde van de NASA, zijn hexagonaal van vorm op de noordpool en meer cirkelvormig op de zuidpool.
Deze verschillen bieden astronomen aanwijzingen over de samenstelling en dynamiek van de atmosfeer van elke planeet. Polaire wervelingen zijn ook waargenomen op Mars, Venus, Uranus Neptunus en de Saturnus’ maan Titan, dus in zekere zin is het feit dat de Zon (ook een draaiend lichaam omgeven door een vloeistof) dergelijke kenmerken zou hebben, misschien voor de hand liggend.
Maar de Zon is ook fundamenteel anders dan de planeten en manen die een atmosfeer bezitten: het plasma dat de Zon omringt is magnetisch.
Hoe dat magnetisme het ontstaan en evolutie van zonnepolaire wervelingen zou kunnen beïnvloeden – of ze überhaupt ontstaan – is een mysterie want de mensheid heeft nog nooit een ruimtemissie naar de Zon gestuurd die de polen kan waarnemen.
In feite zijn onze waarnemingen van de Zon beperkt tot beelden van het gezicht van de Zon zoals dat naar de Aarde wijst en biedt het slechts hints over wat er zich op de polen zou kunnen afspelen.
Omdat astronomen de polen van de Zon nog nooit hebben waargenomen vertrouwden de auteurs van het onderzoek op computermodellen om de gaten op te vullen over hoe zonnepolaire wervelingen eruit zouden kunnen zien.
Wat ze ontdekten is dat de Zon waarschijnlijk inderdaad een uniek patroon van polaire wervelingen heeft dat evolueert naarmate de zonnecyclus zich ontvouwt en afhankelijk is van de sterkte van een bepaalde cyclus.
In de simulaties vormt zich een strakke ring van polaire wervelingen op ongeveer de 55ste breedtegraad – het equivalent van de poolcirkel op Aarde – op hetzelfde moment dat een fenomeen genaamd de “rush tot he poles” begint.
Op het maximum van elke zonnecyclus verdwijnt het magnetische veld op de polen van de Zon en wordt vervangen door een magnetisch veld met tegengesteld polariteit.
Deze flip-flop wordt voorafgegaan door een “rush tot the poles” wanneer het veld met tegengestelde polariteit begint te reizen van ongeveer 55° naar de polen.
Na het ontstaan gaan de wervelingen richting de polen in een strakkere ring waarbij ze wervelingen afstoten naarmate de cirkel sluit en uiteindelijk alleen een paar wervelingen achterlaten die direct tegen de polen aanliggen voordat ze helemaal verdwijnen bij het zonnemaximum.
Hoeveel wervelingen er ontstaan en hun configuratie terwijl de naar de polen bewegen verandert met de sterkte van de zonnecyclus.
Deze simulaties bieden een ontbrekend stukje van de puzzel van hoe het magnetische veld van de Zon zich gedraagt in de buurt van de polen en kunnen helpen bij het beantwoorden van enkele fundamentele vragen over de cycli van de Zon.
In het verleden hebben veel wetenschappers bijvoorbeeld de sterkte van het magnetische veld dat “naar de polen snelt” gebruikt als een proxy voor hoe sterk de komende zonnecyclus waarschijnlijk zal zijn. Maar het mechanisme voor hoe die dingen zouden kunnen verbinden, als dat al gebeurt, is niet duidelijk.
De simulaties bieden ook informatie die kan worden gebruikt voor het plannen van toekomstige missie om de Zon te bestuderen.
De resultaten geven namelijk aan dat een vorm van polaire wervelingen tijdens alle delen van de zonnecyclus waarneembaar zou moeten zijn, behalve tijdens het zonnemaximum.
Je zou een missie naar de Zon kunnen lanceren en die zou op het totaal verkeerde moment kunnen arriveren om de polen te bestuderen.
De Solar Orbiter, een gezamenlijke missie van de ESA en de NASA, zou onderzoekers hun eerste blik op de polen van de Zon kunnen geven maar de eerste blik zal dicht bij het zonnemaximum zijn.
De onderzoekers merken op dat een missie die is ontworpen om de polen waar te nemen en onderzoekers meerdere, gelijktijdige gezichtspunten op de Zon te geven, hen zou kunnen helpen veel lang gekoesterde vragen over de magnetische velden van de Zon te beantwoorden.
Volgens de onderzoekers is hun conceptuele grens nu dat ze slechts met één gezichtspunt werken. Om significante vooruitgang te boeken moeten ze waarnemingen hebben waarmee ze hun hypothese kunnen testen en te bevestigen of hun simulaties correct zijn.
Het onderzoek is gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences.
Artikel: Mausumi Dikpati et al. 2024. A magnetohydrodynamic mechanism for the formation of solar polar vortices. PNAS 121 (47): e2415157121; doi: 10.1073/pnas.2415157121
Eerste publicatie: 19 november 2024
Bron: sci-news
