Waarnemen – de zon

De dichtstbijzijnde ster

De grootte van de zon t.o.v. de Aarde

Veel amateurastronomen zijn niet geïnteresseerd in het waarnemen van de zon. Dat is jammer want de zon is heel gemakkelijk overdag te bestuderen. Bovendien heeft het waarnemen van de zon een indruk van hoe het er bij andere sterren toe gaat. Zelfs al met een kleine telescoop , mits goed uitgerust, is het heel gemakkelijk om de zon in detail te bestuderen. Je ziet dan al dingen die we zelfs met de grootste telescopen niet bij een andere ster kunnen waarnemen.

In de komende hoofdstukken laten we enige informatie over de zon die van pas kan komen bij het waarnemen, de revue passeren.

 

Enige feiten over de zon:
Diameter: 109x de Aarde
Volume: 1.300.000 Aardes
Massa: 330.000x de Aarde
Dichtheid: 1500 gr/cm3 in de kern en 0.0000002 gr/cm3 in de protosfeer (dat is het deel van de zon dat wij zien)
Aantrekkingskracht aan de oppervlakte: 28x die van de Aarde
Samenstelling: 73.46% waterstof, 24.85% helium, 0.7% zuurstof en 0.16% ijzer
Rotatie snelheid: 25.4 dagen (gemeten aan de evenaar, de rotatie snelheid aan de polen bedraagt ongeveer 28 dagen)
Helderheid: 3.846 * 10^26 Watt
Spectraaltype: G2V (geel-witte hoofdreeksster)

Net zoals alle sterren is onze zon ontstaan uit een wolk van gas en stof dat condenseerde tot een nevel zoals bijvoorbeeld de Orion-nevel. Nadat de restanten van de nevel waren verdwenen bevond onze zon zich samen met zijn broertjes en zusjes in een kleine open sterrenhoop. Deze open sterrenhoop is na ongeveer 100 miljoen jaar opgelost en de zon reisde vanaf die tijd alleen in ons melkwegstelsel rond. In ongeveer 250 miljoen jaar beschrijft ze een baan om de kern van ons melkwegstelsel. Ofschoon astronomen heel graag zouden willen weten welke sterren zich samen met onze zon hebben gevormd is dat, na jarenlang zoeken, nog steeds niet gelukt.

Voor we verder gaan eerst enkele waarschuwingen die we maar niet vaak genoeg kunnen herhalen:

  • Kijk nooit direct naar de zon, zelfs niet met het ongewapende oog, zelfs niet door een dikke nevel, zelfs niet voor een fractie van een seconde!
  • Kijk nooit door een telescoop naar de zon. Kijk zelfs nooit door de zoeker naar de zon. Ofschoon het pijnloos is omdat je netvlies geen zenuwuiteinden heeft, ben je wél direct blind!
  • Laat nooit een telescoop onbewaakt overdag buiten staan als die niet is voorzien van een afscherming voor het objectief. Zeker niet als er kinderen in de buurt zijn. Iemand die in een onbewaakt ogenblik door de telescoop kijkt heeft meteen zijn ogen beschadigd.
  • Gebruik nooit zonnefilters die in het oculair worden geschroefd. Dergelijke filters worden helaas nog maar al te vaak meegeleverd bij goedkopere telescopen. Al het zonlicht wordt dor de telescoop gefocusseerd op dit kleine stukje glas. Door de enorme hitte kan het kapot springen of smelten en zonlicht kan je oog meteen beschadigen.
  • Gebruik nooit zonnefilters gemaakt van beroet glas, laagjes fotonegatieven, fotografische filters, cd’s etc. Ze zijn niet veilig voor je oog. Als ze het zonlicht al afdoende dimmen dan nog laten ze alle UV-straling gewoon door. Ook deze straling is zeer schadelijk voor je ogen.

Sterrenkunde is een redelijk risicoloze hobby voor je gezondheid. De kans op letsel is bijzonder klein echter aan het waarnemen van de zon zijn risico’s verbonden! In het volgende hoofdstuk laten we je zien dat het toch mogelijk is om de zon op een veilige manier te bestuderen.

Hoe kies je een veilige zonnefilter

In het vorige hoofdstuk hebben we uitdrukkelijk gewaarschuwd om de telescoop nooit rechtstreeks op de zon te richten en nooit filters te gebruiken die in het brandpunt van de telescoop, net voor het oculair, worden geplaatst.

Echter er zijn een paar manieren om op een veilige manier naar de zon te kijken:

  • Een flink stuk lasglas nr. 14 (neem geen nr. 12 omdat dit teveel licht doorlaat) kan goed dienen als zonnefilter. Omdat lasglas geen optisch glas is, is het het beste visueel, zonder telescoop, te gebruiken. Plaats dit lasglas NOOIT achter je oculair maar houdt het voor je ogen en kijk dan pas in de richting van de zon. Een lasglas zal zorgen voor een groenachtige kleur van de zon. Grote zonnevlekkengroepen zullen op deze manier zichtbaar zijn.
  • Een glazen zonnefilter als veilig middel om de zon waar te nemen

    Van een metaal coating voorziene glazen filters die over het objectief van de telescoop worden geplaatst zijn uitermate geschikt om de zon waar te nemen. De metaal coating bestaat meestal uit een legering van nikkel en chroom en zorgt er voor dat het zonlicht oranje-geel van kleur is. Ze reduceren het zonlicht tot 1/1000 of 1% van de volledige intensiteit. Deze filters zijn gemaakt van optisch glas. Omdat je het filter over het objectief geen plaatst kan je het beeld vergroten en zo naar zonnevlekken en andere fenomenen op de zon kijken. De filters zijn verkrijgbaar voor de meest gangbare objectief diameters. Prijzen lopen uiteen van rond de honderd euro tot verscheidene honderden euro’s afhankelijk van de gewenste grootte.

  • Mylarfolie is een veilig en goedkoop middel om de zon waar te nemen

    Mylar filters. Deze filters zijn gemaakt van Mylar folie. Ze zijn aanmerkelijk goedkoper dan glazen filters. Ze laten de zon in een koud blauw licht zien dat niet door alle waarnemers als prettig wordt ervaren. Als je een Mylar filter gebruikt koop dan wel folie die voor waarnemen naar de zon geschikt is en geen goedkope folie in bijvoorbeeld campingwinkels. Mylar filters worden geleverd in een metalen ring die je over het objectief schuift maar je kan ook stukken kopen en die zelf in een houder monteren. Vaak worden twee lagen folie gebruikt als je visueel wil kijken en één laag folie als je wilt fotograferen. Mylar folie is erg du en zal nooit helemaal strak gemonteerd kunnen worden. Na verloop van tijd beginnen ze te verweren en komen er minuscule gaatjes in: tijd om een nieuw filter aan te schaffen.

  • Baader zonnefilters. Het Baader planetarium in Duitsland heeft een nieuw type filter geïntroduceerd dat uitstekend geschikt is voor de zon. Het bestaat uit een kunststof folie waarop aan beide zijden een metaallegering is gedampt. De folie is dikker dan Mylar folie en het zonlicht is wit-geel van kleur. Baader-folie komt qua prijs in de buurt van een glazen filter.
  • Als je een objectief-filter koopt dan is het interessant om een filter te komen die het volledige objectief van je telescoop bedekt, mits je telescoop 20 cm of kleiner is. Is je telescoop 25 cm of groter dan is een off-axis objectief filter interessant. Dit vanwege de kosten maar ook omdat een kleinere opening warmte-ontwikkeling in je telescoop tegen gaat en zo voor een stabieler beeld zorgt. Off axis betekent dat de filter buiten de optische as van de telescoop is aangebracht.
  • Als je een objectief filter gebruikt vergewis je er dan iedere keer weer opnieuw van dat het goed past en goed is bevestigd. Niet dat het er spontaan af kan vallen bij een zuchtje wind of bij rotatie van de telescoop.
  • Dek je zoeker goed af. Gebruik de zoeker nooit om de zon te zoeken. In plaats daarvan richt je de kijker dusdanig op de zon dat die een cirkelvormige schaduw werpt op de grond. Heb je een cirkelvormige schaduw dan kijk je in de goede richting. Gebruik nu een oculair met een kleine vergroting (bij een geplaatst objectieffilter!) om de zon helemaal goed in beeld te krijgen.
  • Doe geen oculairprojectie: ook dit is een riskante methode. Oculairprojectie is bruikbaar als de telescoop kleiner is dan 75 mm. Bij oculairprojectie projecteer je het zonsbeeld op een wit stuk papier. Het geeft een slecht beeld van de zon, veel slechter dan met behulp van een filter. Bij oculairprojectie warm je het inwendige van de telescoop enorm op, je oculair wordt heel erg heet. Moderne telescopen bevatten echter veel kunststof en onderdelen je gelijmd zijn en die zijn echt niet bestand tegen de hitte die vrijkomt bij oculairprojectie.

De beste manier om naar de zon te kijken

Wit licht zonnefilters laten zonnevlekken en andere oppervlakte details zien. Maar met deze filters kan je geen details zien als zonnestormen, zonnevlammen en gigantische uitbarstingen. Om deze fenomenen te kunnen waarnemen heb je een telescoop nodig die met een waterstof-alpha filter is uitgerust.

Het idee wachter een dergelijk filter is redelijk eenvoudig. De protosfeer van de zon – dit is het deel van de zon dat we met optische instrumenten kunnen bekijken – bestaat voornamelijk uit heet waterstofgas. Waterstof emitteert, net als andere gassen, licht uit op tientallen verschillende golflengtes. Als het ene elektron van waterstof van zijn tweede excitatiestaat terugvalt naar de eerste excitatiestaat dan zendt het licht uit bij een golflengte van 656.28 nm, dit is oranje-rood van kleur. We noemen deze golflengte de waterstof alpha golflengte.

Een waterstof-alpha filter laat alleen licht van deze golflengte door en blokkeert de rest van het geel-witte licht dat vanuit diepere lagen van de zon door de protosfeer heen dringt. Dit zorgt er voor dat je alleen het licht van gloeiend waterstof ziet, het meest dynamische deel van de zon.

 

Detailfoto van een zonnevlek

De zon in waterstof-alpha licht. Opname gemaakt door een amateurtelescoop.

Waterstof alpha filters zijn helaas schreeuwend duur. Een filter met een diameter dan 40 mm kost al snel 1500 euro. De laatste jaren zijn er echter ook complete telescopen op de markt gekomen die uitsluitend oor zonswaarnemingen in waterstof alpha licht geschikt zijn. Dergelijke telescopen kosten rond de 2000 euro.

 

Een speciale telescoop die is aangepast voor het waarnemen van de Zon

Speciale telescoop die alleen in wasterstof-alpha licht de zon kan laten zien.

De beste manier om naar de zon te kijken is helaas ook de duurste manier om naar de zon te kijken…

“Alles” over zonnevlekken

Waarom zouden we naar de zon kijken? Wat is er te zien op onze ster? Nou, om eerlijk te zijn: op dit moment niet heel erg veel (begin 2010). De zon is erg rustig momenteel maar de verwachting is dat de activiteit de komende jaren weer gaat toenemen en dat er weer heel veel leuke dingen zijn te zien voor de amateurastronoom.

Eén van de gemakkelijkste fenomenen die je al met een kleine telescoop kan waarnemen zijn zonnevlekken. Dit zijn kleine donkere stippen in de protosfeer. De protosfeer is het deel van de zon dat wij in zichtbaar licht kunnen waarnemen.

Zonnevlekken zijn de orkanen van de protosfeer, grote stormen die niet bestaan uit regen en wind maar uit magnetische activiteit die veroorzaakt wordt door magnetische schommelingen van binnenuit de zon. Deze magnetische veranderingen werken zich van uit het binnenste naar de oppervlakte en worden daar als een vlek zichtbaar. Omdat ze een magnetische oorsprong hebben zullen zonnevlekken altijd in paren voorkomen die een omgekeerde polariteit hebben. Net zoals de polen van een magneet bij ons op Aarde.

Detailfoto van een zonnevlek

Als een magnetische buis vanuit de diepte aan de oppervlakte komt zorgt dit er voor dat de temperatuur op die plaatst zakt naar ongeveer 4500 Kelvin. De normale oppervlakte temperatuur van de zon ligt rond de 5800 Kelvin. Daarom lijken zonnevlekken zwart: ze zijn kouder dan de rest van de protosfeer. Het koudste en donkerste deel van een zonnevlek noemen we umbra, het wat warmere omringende deel van de umbra noemen we penumbra.

Zoals al gezegd zijn zonnevlekken al goed zichtbaar in een kleine telescoop mits je gebruik maakt van een goed filter. Met een objectiefdiameter van 60 mm kan je al heel goed zonnevlekken bekijken. Zonnevlekken kunnen soms heel erg groot worden. Zo groot dat ze met het blote oog zichtbaar zijn. We weten dat Chinese astronomen in het jaar 28 voor Christus al zonnevlekken hebben waargenomen. Telescopen bestonden in die tijd nog niet. Vermoedelijk hebben ze de vlekken gezien toen de zon laag aan de hemel stond en het licht door een dun wolkendek werd gefilterd.

Galileo, Thomas Heriot en David Fabricius observeerden in 1610 al zonnevlekken met hun telescoop. Door de zon verschillende dagen achter elkaar te volgen en de verplaatsing van de zonnevlekken van dag tot dag te noteren ontdekten ze dat de zon roteert. Om klap in het gezicht van Aristoteles die eeuwen eerder had beweerd dat de hemelse objecten perfect waren en onveranderlijk. Een beeld dat eeuwenlang, mede door toedoen van de Katholieke kerk in stand werd gehouden. Het was ook een eerste aanzet voor het Copernicaanse stelsel dat beweerde dat de Aarde niet in het centrum van het heelal staat.

Je kan zelf zonnevlekken gebruiken om de rotatie van de zon te zien. De zon roteert iedere 25.4 dagen om haar as. Dat is gemeten aan de evenaar. Aan de polen is het ongeveer 28 dagen. Waarom dit verschil? De zon bestaat uit gas en is geen vast lichaam zoals onze Aarde. Zonnevlekken bewegen van link naar rechts over de zon heen, dit geldt voor waarnemers op het noordelijk halfrond. De meeste vlekken houden het geen omwenteling vol want de gemiddelde levensduur van een zonnevlek is 2 weken.

We weten van waarnemingen met hele grote aardse telescopen dat zonnevlekken ook voorkomen op andere sterren. We kunnen ze nog niet rechtstreeks zien maar door het magnetisch veld van die sterren te meten weten we wel dat ze bestaan.

Zonnevlekken, de zonne-cyclus en de Kleine IJstijd

In het midden van de negentiende eeuw ontdekte de Duitse astronoom Samuel Schwabe, na tientallen jaren van observeren dat het aantal zichtbare zonnevlekken in een regelmatige periode van 11 jaar varieert van heel veel tot bijna geen.

Hij ontdekte dat in een maximum vlekken nagenoeg dagelijks in grote aantallen zichtbaar waren. In de magere jaren, ongeveer 5.5 jaar na een maximum waren er periodes van weken en maanden dat er nauwelijks tot geen vlekken zichtbaar waren.

Deze regelmaat heeft men terug kunnen controleren tot aan het begin van de zestiende eeuw toen men met telescopen de zon begon te bestuderen en zelfs nu nog wordt de zon dagelijks door beroepsastronomen bestudeerd.

In onderstaand diagram is de 11-jarige cyclus goed te herkennen.

 

Het zogenaamde Vlinderdiagram van de Zon

Wat wellicht meer interessant is, is de plaats waar op de zonneschijf de zonnevlekken optreden. Als de nieuwe zonnevlekkencyclus begint vanuit het minimum dan verschijnen de eerste vlekken op ongeveer 40 graden ten noorden en ten zuiden van de zonne-evenaar. Bij het doorlopen van de cyclus verschijnen er steeds meer vlekken steeds dichter bij de evenaar to er een nieuw minimum is bereikt en het hele spel opnieuw begint. Een afbeelding van de positie an de zonnevlekken in de tijd staat hier beneden afgebeeld. We noemen dit patroon een Maunder diagram of en vlinder diagram.

Deze periodieke verandering in de positie en het aantal zonnevlekken was een belangrijke ontdekking. Het is niet alleen het aantal vlekken dat met een cyclus van 11 jaar varieert, ook andere fenomenen op de zon volgen deze cyclus.

De 11-jarige cyclus van de zonnevlekken en de andere zonne-activiteit noemen we de zonnecyclus. Ze maken deel uit van een ingewikkeld en nog lang niet helemaal goed begrepen proces in het binnenste van de zon dat we kunnen vergelijken met een grote dynamo die het magneetveld van de zon genereert. Om het nog een beetje ingewikkelder te maken weten we dat de polariteit van het magneetveld iedere 2 jaar omdraait. Dus de polariteit van de zonnevlekken keert van cyclus tot cyclus om.

Nu, begin 2010 hebben we net een periode achter de rug dat de zon extreem rustig is geweest. De vorige cyclus was nummer 23 die in het midden van 2000 zijn hoogtepunt had. De cyclus waar we nu aan zijn begonnen is de 24-ste cyclus (per definitie is de cyclus die begon in 1755-1756 nummer 1). De 24-ste cyclus begint uitermate langzaam op gang te komen. Langzamer dan vorige cycli. Er zijn astronomen die beweren dat we een periode gaan krijgen waarin er minder zonnevlekken te zien zullen zijn, we hebben dit wel vaker gehad in de geschiedenis. In de periode 145 – 1715 hadden e een onverwacht en plotselinge daling in het aantal zonnevlekken. De oorzaak hier van is niet bekend. We noemen dit het Maunder-minimum en heel toevallig komt het overeen met een periode die we als Kleine IJstijd betitelen. In die periode was het beduidend kouder op Aarde.

Is er een relatie tussen de activiteit van de Zon en het klimaat op Aarde? We gaan er in het volgende hoofdstuk dieper op in.

Veroorzaken zonnevlekken het broeikas-effect?

We hebben in het vorige hoofdstuk de vreemde periode tussen 1645 en 1715 genoemd waarin er erg weinig zonnevlekken waren te zien. Dit Maunder minimum komt overeen met de Kleine IJstijd. In deze periode waren in Noord-Europa en andere delen van de wereld de zomers kouder en de winters strenger en langer.

Deze periode van lage activiteit van de zon werd gevolgd door een nieuwe periode van lage zonne-activiteit nu tussen 1795 en 1825, we noemen dit het Dalton-minimum. Ook in deze periode was het klimaat meetbaar koeler. Daar moet wel worden bijgezegd dat de grote uitbarsting van de vulkaan Tambora daar ook een bijdrage aan heeft geleverd.

 

De activiteit van de Zon door de eeuwen heen en het Maunder-minimum

400 jaar zonnevlekkengetallen, het Maunder- en Dalton-minimum zijn goed te herkennen

De vraag kan dus gesteld worden: is er een verband met de zonnevlekkenactiviteit en een kouder klimaat op Aarde? En zorgen periodes van verhoogde zonnevlekkenactiviteit zoals tussen 1900 en 1950 voor hogere temperaturen op Aarde? Kunnen zonnevlekken de stijging van de temperatuur verklaren die gedurende de 20-ste eeuw is begonnen i.p.v. broeikasgassen vrijgekomen door door menselijke activiteit?

De zon wordt heter als er meer zonnevlekken zijn. Ofschoon de vlekken zelf kouder zijn gaan ze vergezeld van hetere, helderdere structuren die we faculae (fakkelvelden) noemen. Deze fakkelvelden zijn er verantwoordelijk oor dat de helderheid van de zon met 0.1% toeneemt in het zichtbare licht en nog iets meer in het ultra-violette licht.

Deze toenames zijn verwerkt in klimaatmodellen. Het lijkt erop dat zowel de 11-jarige zonnevlekkencyclus als de toename in de activiteit van de zon in de eerste helft van de 20-ste eeuw hebben geleid tot een toename van de gemiddelde temperatuur op Aarde met 0.1 tot 0.2 graad Celsius Dit is 20% van de waargenomen temperatuurstijging van 0.5 tot 1.0 graad Celsius

Dus de zon is niet verantwoordelijk voor de temperatuurstijging op Aarde maar het de door de mens veroorzaakte toename van broeikasgassen? Nou, zo simpel ligt het niet. Tijdens de toe- en afname van het aantal zonnevlekken is er meer aan de hand dan een simpele verandering in de helderheid van de zon. Periodes van lage zonnevlekkenactiviteit komen overeen met periodes van lage magnetische activiteit op de zon en een gereduceerde uitstoot van geladen deeltjes van de zon (de zogenaamde zonnewind). Deze zonnewind zorgt er voor dat minder kosmische straling onze atmosfeer kan bereiken.

In een recente theorie van Deense wetenschappers wordt gesteld dat als kosmische straling onze atmosfeer raakt er minuscule aerosolen worden gevormd die leiden tot een toename in de vorming van wolken waardoor minder zonlicht het aardoppervlak zal bereiken. Een verlaagde activiteit van de zon leidt dus tot een zwakkere zon waardoor er meer kosmische straling de atmosfeer bereikt. Dit leidt tot een toename in de wolkenvorming en dus een afkoelen van de Aarde. Omgekeerd werkt het natuurlijk ook zo.

Een andere recente theorie stelt dat toename van UV-licht van de zon zorgt voor een energie transport van de hogere lagen van de atmosfeer naar lagere lagen. Hoe dit het klimaat beïnvloedt is echter nog onduidelijk.

Veel computermodellen houden nog geen rekening met deze indirecte effecten van de zonne-activiteit bij het berekenen van klimaatsveranderingen. Menselijke activiteit is verantwoordelijk voor 5% van de CO2 die jaarlijks in de atmosfeer wordt geloosd terwijl de zon verantwoordelijk is voor alle energie die de Aarde raakt en daarmee een zeer grote invloed heeft om stromingen in de oceanen en de atmosfeer.

We weten nog steeds bitter weinig over hoe het Aardse klimaat nu precies functioneert en hoe het in de tijd verandert door invloeden van bijvoorbeeld de zon. De Aarde is dermate complex dat zelfs het beste computermodel je momenteel niet met stellige zekerheid kan vertellen of je de volgende week een paraplu nodig hebt of niet als je naar je werk toe moet!

 

Eerste publicatie: 1 maart 2010
Laatste keer bijgewerkt op: 19 maart 2017