Meest recent

    Zonnevlammen en plasmawolken, wat zijn ze en wat kunnen ze aanrichten?

    De zon is een gigantische kernfusiecentrale waar heel wat processen plaatsvinden waar we nog niet heel veel over weten. Als het er op de zon lelijk aan toe gaat, kan dat ook gevolgen hebben op de aarde zelf. Satellieten, elektriciteits- en communicatienetwerken kunnen dan verstoord geraken.    

    In de zon worden door kernfusie, bij enorm hoge temperaturen, per seconde zowat 700 miljoen ton waterstofkernen in 695 miljoen ton heliumkernen omgezet. Het verschil, 4,4 miljoen ton, wordt omgezet in energie, en ligt mee aan de basis van de zonnewind. Die zonnewind, een stroom van geladen deeltjes, wordt door het magnetische veld van de aarde vastgehouden in de Van Allen-gordels.

    Bij hevige activiteit van de zon kan er een plasmawolk uitgestoten worden en de deeltjes daarvan kunnen in de buurt van de polen de aarde bereiken. De energierijke deeltjes ioniseren en verstoren de deeltjes in de bovenste lagen van de atmosfeer, en die stralen dan licht uit in verschillende kleuren. Dat is dan het poollicht, ofwel het noorderlicht (aurora borealis) in het noordelijk halfrond, of het zuiderlicht (aurora australis) in het zuidelijk.

    Als het er hevig aan toe gaat, kan dat ook verder van de polen af waargenomen worden. De zonnewind is immers zeer variabel en op de zon kan het ook flink stormen. En plasmawolken kunnen ook minder aangename gevolgen hebben.
     

    US Air Force

    Noorderlicht boven Bear Lake in Alaska.

    Zonnevlekken en protuberansen

    Op de zon vinden veel nog nauwelijks begrepen verschijnselen plaats. Zo treden er zonnevlekken op, verschijnen er protuberansen en zonnevlammen, en wordt er opvallend weinig straling afgegeven bij een zonneminimum, een periode met weinig activiteit. Bij zonnemaxima kunnen er dan weer enorme catastrofes op de zon optreden die op aarde eveneens nare gevolgen kunnen hebben.

    Zonnevlekken zijn gebieden op de zon met sterke magnetische velden. Die hinderden de convectie - de overbrenging van warmte door een bewegend medium -, zodat de zonnevlekken koeler zijn dan de rest van het oppervlak van de zon.

    Boven de zonnevlekken vormen zich geregeld protuberansen. Dat zijn gaswolken die de lussen van de magnetische veldlijnen volgen. De zogenoemde "rustige" protuberansen kunnen dagen tot zelfs weken duren, en zo'n 40.000 kilometer boven het oppervlak uitsteken, "eruptieve" protuberansen duren slechts enkele uren maar reiken veel hoger, tot wel 300.000 km boven de atmosfeer van de zon.

    NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory

    Een protuberans eerder dit jaar.  

    Zonnevlammen en plasmauitbarstingen (CME's)

    Zonnevlammen, zoals die nu zijn voorgekomen, zijn nog veel krachtiger dan de eruptieve protuberansen. Ze ontstaan wanneer de bewegingen in het binnenste van de zon de magnetische velden verwringen, en die magnetische velden zich vervolgens op explosieve wijze opnieuw op één lijn richten. Daarbij wordt dan materiaal van de zon weggeslingerd.

    De magnetische bewegingen op de zon kunnen twee verschillende gevolgen hebben: zonnevlammen en plasmawolken (CME's, coronal mass ejections). Men kan dat vergelijken met het afvuren van een kanon: de zonnevlam is de mondingsvlam, de uitgestoten gassen die aan het uiteinde van de loop een vlam veroorzaken die vanuit alle richtingen te zien is, terwijl de plasmawolk de kanonskogel is, een geweldige wolk van gemagnetiseerde deeltjes die zich in een enkele richting voort bewegen, en dus ook enkel daar gevolgen kunnen hebben.   Zonnevlammen en plasmawolken komen vaak samen voor tijdens een actieve periode van de zon, maar lang niet elke zonnevlam gaat gepaard met een plasmawolk.

    Zonnevlammen duren slechts enkele minuten tot enkele uren maar ze slingeren een boel geioniseerd - geladen - materiaal de ruimte in. In tegenstelling met het materiaal in een protuberans, beweegt het materiaal van een zonnevlam zich met zoveel energie dat het kan ontsnappen aan de zwaartekracht van de zon. Het licht van een zonnevlam beweegt zich uiteraard voort met de snelheid van het licht, en bereikt de aarde in acht minuten, de energie die vrijkomt bij een zonnevlam, versnelt zeer energierijke deeltjes, die er iets langer over doen en de aarde in enkele tientallen minuten bereiken.

    De energie van een zonnevlam kan het deel van de atmosfeer verstoren waardoor radiogolven zich bewegen, en dat kan leiden tot storingen en in het slechtste geval het uitvallen van communicatie- en navigatiesigenalen.

    Het hete materiaal in plasmawolken verplaatst zich trager, met een snelheid van meer dan 1,6 miljoen kilometer per uur, en doet er een tot drie dagen over om de aarde te bereiken. Zoals gezegd kunnen de deeltjes poollicht veroorzaken, maar ze kunnen ook meer onaangename gevolgen hebben.  

    De magnetische veranderingen die ze veroorzaken kunnen hoge frequentie radio's storen en GPS coördinaten met een paar meter doen afwijken.  

    De magnetische schommelingen kunnen ook leiden tot storingen in het
    elektriciteitsnetwerk en in communicatienetwerken. Lange kabels werken
    als lange antennes: door inductie - het systeem waarmee de batterij in een elektrische tandenborstel wordt opgeladen- kunnen er elektrische stromen in de kabels ontstaan. Dit kan tot beschadigingen leiden. Ook computers kunnen beschadigd raken. Zij hebben weliswaar korte kabeltjes, maar ze zijn veel gevoeliger, ook voor kleine inductiestromen.

    Zonnevlammen en CME's zijn ook van belang voor satellieten en ruimtevaarders. Daarom worden ze continu in de gaten gehouden door een aantal ruimtesondes, zoals SOHO, ACE, STEREO, Cluster en de Ulysses-satelliet.

    Satellieten kunnen immers stukgaan door een hevige uitbarsting of uit hun baan geraken. Moderne satellieten worden zo ontworpen dat ze tijdens een piek van activiteit in een veilige modus kunnen worden gezet en daarna
    opnieuw opgestart kunnen worden.

    Zonnevlammen en plasmawolken kunnen ook gevaarlijk zijn voor de gezondheid van ruimtevaarders omdat zij niet beschermd worden door de Van Allen-gordels. De hoog-energetische deeltjes kunnen het DNA beschadigen, met ziekte of de dood als gevolg.

    NASA/Skylab

    Een spectaculaire foto van een zonnevlam, genomen op 19 december 1973 vanuit het bemande ruimtestation Skylab. De zonnevlam reikt meer dan 588.000 kilometer over het oppervlak van de zon.   

    Extreme gevallen

    Het extreemste geval van zonnewind in de moderne geschiedenis deed zich voor op 1 en 2 september 1859, toen verschillende zonnevlammen opgemerkt werden, waaronder een van een onbekende grootte. Normaal doet een door de zon uitgestoten plasmawolk er zo'n 3 dagen over om de aarde te bereiken, deze had slechts iets minder dan 18 uur nodig. De gevolgen waren duidelijk merkbaar: de pas enkele jaren eerder in gebruik genomen telegraafverbinding tussen Amerika en Europa viel uit door kortsluiting, wat verschillende branden veroorzaakte, en het noorderlicht was zelfs zichtbaar in Rome, Havana en Hawaï, wat erg zuidelijk is voor noorderlicht. Bovendien was het zo helder dat men 's nachts er een krant bij kon lezen.

    Andere bekende uitbarstingen waren die van maart 1989, die grote schade aan elektriciteitscentrales in Canada veroorzaakten en 6 miljoen mensen zonder elektriciteit zetten.

    In Europa zijn de hoogspanningslijnen korter en hebben we minder last
    van het fenomeen. Bovendien zouden de transformatoren die in België
    gebruikt worden, bestand moeten zijn tegen de spanningspieken.

    Een uitbarsting op 4 november 2003 was zo groot dat ze buiten de categorieën viel. De hevigste uitbarstingen worden ondergebracht in categorie X, met een schaal van 1 tot 9, en geschat wordt dat deze uitbarsting geclassificeerd moet worden als X28. De richting van deze uitbarsting was echter niet naar de aarde toe, zodat het effect op aarde niet zo groot was.

    De activiteit in de zon veroorzaakt ook continu ruis op de radio en
    af en toe overstemt die zelfs de signalen van satellieten. Bij de VRT
    had men twee keer per jaar last van "zonneverblinding", op het
    ogenblik dat de zon net achter de communicatiesatelliet stond. Toen de
    VRT nog kortegolfuitzendingen verzorgde, hingen de gebruikte frequenties
    af van de zonne-activiteit. De uitzendingen die nu plaatsvinden, DVB-T,
    FM, DAB, hebben er geen last van.

    Wie op de hoogte wil blijven van het "ruimteweer" en zonnestormen, kan daarvoor terecht op de site European Space Weather Portal van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA.

    NASA

    Een voorstelling van de zon in een actieve fase, waarbij net een plasmawolk is uitgestoten (rechts).