Waarom heeft de Zon zonnevlekken?

Magnetische veldlijnen op de Zon
Magnetische veldlijnen op de Zon

De bron van zonnevlekken verklaren is lastig. Zonnevlekken worden al eeuwenlang waargenomen. Vroege Chinese en Middeleeuwse Europese astronomen noteerden al de donkere vlekken die ze zagen bij zonsopkomst of zonsondergang maar het heeft heel erg lang geduurd voordat wetenschappers een min of meer bevredigend antwoord over de herkomst van zonnevlekken wisten te formuleren.

Zie de vlekken

Zoals met veel dingen in de astronomie werden zonnevlekkenwaarnemingen pas in de 17-de eeuw toen Galileo Galilei als eerste de telescoop gebruikte om naar de sterren te kijken.

Natuurlijk was niemand zo dom om rechtstreeks naar de Zon te kijken, speciaal niet met een telescoop, toch gaan geruchten dat Galileo – toch één van de intelligentste mensen die ooit op Aarde leefden – dit wel deed en daardoor blind werd. Hij is inderdaad blind geworden maar dat was pas op 72-jarige leeftijd, ruim 25 jaar nadat hij zijn waarnemingen van de Zon had gestopt.

Zonnevlekken op de Zon
Zonnevlekken op de Zon tijden het maximum van de 11-jarige cyclus.

Om hun ogen te beschermen keken wetenschappers of laat in de avond of vroeg in de ochtend naar de Zon of ze projecteerden het vergrootte beeld op een groot stuk papier. In die tijd was er veel discussie over wat zonnevlekken waren. Er waren astronomen die zeiden dat het gewoon een stelletje planeten waren maar het was Galileo die overduidelijk aantoonde dat de zonnevlekken waren verbonden met de Zon waarbij hij aantoonde dat de Zon ronddraaide.

De nieuwe generatie astronomen na Galileo zouden ook best zonnevlekken willen bestuderen maar die kregen te maken met het feit dat er gedurende ruim een eeuw ongebruikelijk weinig zonnevlekken zichtbaar waren. Ze kregen te maken met een periode waarin de Zon veel minder actief was; er waren ook veel minder zonnevlammen en de corona van de Zon was ook veel minder actief. Het duurde tot in de 18-de eeuw voordat de activiteit van de Zon weer op een hoger niveau kwam te liggen.

Het mysterie van de vlekken

Ondanks de verminderde activiteit werden er zonnevlekken waargenomen maar de centrale vraag bleef: wat veroorzaakt die vlekken eigenlijk? In het begin van de 20-ste eeuw wezen een aantal belangrijke waarnemingen astronomen en natuurkundigen in de juiste richting.

Zo bleek de zonnevlekkenactiviteit een cyclus van 11 jaar te vertonen, van veel zonnevlekken naar een paar zonnevlekken naar weer veel zonnevlekken. Deze cyclus was zelfs zichtbaar tijdens het zogenoemde “Maunder-minimum” toen er in de 17-de eeuw erg weinig activiteit was.

Dan is er ook nog de temperatuur. Zonnevlekken lijken donker maar dat is alleen maar ten opzichte van het veel hetere oppervlak om hen heen. Zonnevlekken zijn kouder dan de rest van het oppervlak; maar nog steeds heel erg heet. Zonnevlekken kunnen erg groot zijn maar er zijn ook hele kleine vlekken mogelijk. Zonnevlekken kunnen enkele weken tot soms wel enkele maanden blijven bestaan.

Gedetailleerde waarnemingen van individuele zonevlekken hebben ook laten zien dat het gebieden zijn met hele sterke magnetische velden. Astronomen hebben dit ontdekt door licht te meten dat afkomstig is van waterstof en helium in de zon. Deze elementen zenden op hele specifieke golflengtes licht uit die we spectraallijnen noemen. In de aanwezigheid van sterke magnetische velden worden unieke individuele golflengtes gesplitst in twee heel dicht bij elkaar liggende golflengtes. Dit wordt het Zeeman-effect (vernoemd naar de Nederlandse natuurkunde en Nobelprijswinnaar Zeeman) genoemd en het heeft te maken met quantummechanica.

Uiteindelijk ontdekten astronomen dat het magneetveld van de Zon omkeert van noord-zuid naar zuid-noord en weer terug naar noord-zuid. Deze ompolingen gebeuren, jawel….. om de 11 jaar.

Kijken naar knopen

De beste oplossing die wetenschappers tot nu toe hebben is het model van Babcock, vernoemd naar Horace Babcock die dit model heeft opgesteld. Het model van Babcock ziet er als volgt uit:

  1. Start met een mooie, regelmatige, van noord naar zuid gaand magneetveld op de Zon, allemaal rechte lijnen enzo.
  2. De Zon is niet gemaakt van gesteente of een ander vast materiaal en dus kan de evenaar van de Zon sneller ronddraaien dan de gebieden nabije de polen. Dit zorgt er voor dat het magneetveld wordt opgewonden waarbij het zichzelf opvouwt en het sterker wordt, vergelijk het met verdubbelen van een rubberen band.
  3. Op hetzelfde moment kookt de Zon ook. Er komen monsterlijke pluimen vanuit het nucleaire fornuis in het binnenste, de bereiken het oppervlak, koelen af in de ruimte en zakken dan weer naar beneden. Deze menging zorgt er voor dat het magneetveld ingewikkelder wordt.
  4. Soms prikken de versterkte, verdraaide en opgerolde magneetvelden door het oppervlak van de Zon waarbij ze een boog maken die als een magnetische worm uit een appel van plasma steekt.
  5. Waar de buis van magneetvelden door het oppervlak steekt kan er geen nieuw heet gas het oppervlak bereiken waardoor dit gebied een beetje kouder is dan gemiddeld.
  6. Heb je ooit geprobeerd om een rubberen band te vaak te draaien? Op een gegeven moment geeft die mee en springt de band kapot en dit is de beste manier om uit te leggen wat er met de te verwarde magneetvelden gebeurt. Na de plof ban de band herstelt de Zon naar zijn gebruikelijke netjes uitgelijnde magneetveld maar dit is nu wel omgekeerd.

Dus: zonnevlekken zijn fenomenen die worden veroorzaakt door een sterk verward magneetveld van de Zon. Dat magneetveld gaat iedere 11 jaar van glad tot volledig in de war en dat verklaart waarom zonnevlekken de eigenschappen het het gedrag vertonen dat ze hebben en waarom de zonnevlekkenactiviteit is gekoppeld aan andere magnetische gebeurtenissen zoals zonnevlammen en uitbarstingen van de corona.

Waarom 11 jaar? Astronomen hebben stervlekken ook op andere sterren waargenomen en ze vertonen allemaal verschillende cycli. Waarom de cyclus op de Zon 11 jaar bedraagt en niet 6 maanden of 20 jaar? Misschien hebben we nog een 400 jaar aan zonnewaarnemingen voor de boeg voor we daar achter zijn …..

Meer artikelen over de Zon:

 

 

Eerste publicatie: 14 augustus 2017
Laatste keer bijgewerkt op: 1 oktober 2017
Bron: space.com