Zon-Aarde connectie

NB. Deze presentatie werd gehouden in plaats van de "Donkere energie in het heelal" door drs. F. (Franco) Maschietto, Leidse Sterrewacht, Leiden.

De bedoeling van deze presentatie is om een indruk te geven van de invloed van de zon op het magneetveld van de aarde en de mogelijke gevolgen daarvan. Tegenwoordig wordt dit samengevat onder het thema: "Ruimteweer". In eerste instantie wordt een idee gegeven over de bewegingen van de planeten rond de zon. Als eerste vond Johannes Kepler daar de wetmatigheden over in 1609 en 1619. Deze dienden later als basis voor de gravitatietheorie van Newton en de relativiteitstheorie van Einstein. Bijzonder is de Regel van Titius - Bode uit 1768 die op een zeer eenvoudige manier een verband kan leggen tussen de afstanden van de planeten tot de zon. Een bewijs hiervoor is nog steeds niet gevonden.

  • De zon vanaf de aarde gezien
      Al eeuwenlang wordt de zon gebruikt als tijdmeetinstrument op de aarde. Met behulp van zonnewijzers kan de stand van de zon aan de hemel worden aangegeven en worden "vertaald" in de tijd van de dag en de dag van het jaar.
      Wanneer de zon met behulp van een telescoop, voorzien van een filter, wordt waargenomen, zijn er meestal wel zonnevlekken en heldere fakkels te zien. Ook zijn de granulatie van de fotosfeer en de randverzwakking goed herkenbaar. Met meer geavanceerde apparatuur (een H-alfa filter) kan een amateur ook nog de chromosfeer bestuderen en de daarbij horende protuberansen en filamenten.
      In vergelijking met de aarde is de zon zeer groot. Er passen 1,3 miljoen aardbolletjes in deze zeer dichtbij staande ster. De zon is een bol van plasma met een dichtheid van 25% van die van de aarde en heeft op het "oppervlak" een aantrekkingskracht die 28 maal zo groot is als men op de aarde gewend is. Materie kan zich losmaken van de zon wanneer deze een ontsnappingssnelheid heeft van zo'n 600 kilometer per seconde. De zon produceert energie door kernfusiereacties, waarbij voornamelijk waterstof wordt omgezet in helium. Het daarbij optredende massaverlies wordt volgens Einstein (E = mc2) omgezet in energie. Op de aarde op een afstand van 150 miljoen kilometer wordt dit ervaren als licht, warmte en niet te vergeten als storingen in het aardmagnetische veld en poollicht.
      Het spectrum van de zon bepaalt het type, de oppervlaktetemperatuur en de samenstelling van de fotosfeer. De temperatuur is dan eenvoudig te bepalen uit de verschuivingswet van Wien (1896). De rotatie van de zon is af te leiden uit de zonnevlekken en bedraagt siderisch 25 ā 30 dagen. Er blijkt geen merkbare afplatting te zijn, maar wel is de rotatie differentieel en in de buurt van de equator sneller dan bij de polen. Dat zou wel eens de oorzaak kunnen zijn van de 11-jarige cyclus in de activiteit van de zonnevlekken. De zon is dus duidelijk geen star lichaam.
      De eerste zonnevlekken werden vermoedelijk ontdekt door Galilei in 1609. De in Middelburg uitgevonden telescoop heeft dat mogelijk gemaakt, hoewel ook Simon Marius, Scheiner, Fabricius en Harriot deze ontdekking claimden. De 11-jarige cyclus werd in 1843 gevonden door de apotheker en amateur astronoom Heinrich Schwabe te Dessau. Vanaf 1848 werden op initiatief van Rudolf Wolf de zonnevlekken systematisch geteld door te letten op het aantal vlekken (f) en groepen (g). Het Wolfgetal is gedefinieerd als: R = f + 10.g. Het blijkt dat er geen echte regelmaat heerst in de hoogte van de maxima. Gedurende de 11-jarige periode neemt de breedte waarop de vlekken voorkomen geleidelijk af. Dit verschijnsel wordt de wet van Spörer (1822-1895) genoemd.
      De zonnevlekken zijn onlosmakelijk verbonden met magnetische velden in de rotatierichting. Deze keren van richting om tijdens de minima tussen twee 11-jarige perioden. Een nieuwe periode wordt dus herkend aan deze omkering van het magnetische veld rond een zonnevlekkengroep en aan het feit dat de zonnevlekken van de nieuwe periode op een hogere breedte voorkomen.
  • De geomagnetische verstoringen
      De oorzaken voor de magnetische storingen bij de aarde moeten gezocht worden bij de zon. Het zijn de röntgenuitbarstingen, de massa uitbarstingen, de coronale gaten en de variaties in de uitstoot van de ultraviolette straling. Via de straling en de zonnewind komen de effecten bij de aarde terecht. De variabele zonnewind geeft enerzijds directe magnetische storingen en anderzijds in combinatie met de straling indirecte magnetische storingen via de invloed op de ionosfeer van de aarde. Het poollicht ontstaat uit deze geomagnetische storingen in combinatie met de sterke en snelle stroom geladen deeltjes van de zonnewind. In de ergste gevallen kan er zelfs schade optreden aan alles wat op een elektrische wijze functioneert. De magnetische sterkte wordt gemeten in de eenheid nanoTesla (nT). Een sterke magneet heeft de waarde van 1 tot 100 miljoen nT. De sterkte van het magneetveld van de aarde bedraagt 25.000 nT aan de evenaar tot 70.000 nT aan de polen. Een flinke magnetische storing van de zon komt in de buurt van 1500 nT. Als regel kan worden aangenomen dat een elektrische stroom (de zonnewind) altijd een magneetveld bij zij draagt en dat omgekeerd ook de stroom weer door een magneetveld wordt beīnvloed.
  • Het poollicht op 21 januari 2005
      Op de website www.spaceweather.com of met behulp van een van een filter voorziene telescoop, of zelfs met het blote oog kon in principe iedereen op 20 januari 2005 erachter komen dat er een extreem actief gebied van zonnevlekken op de zon aanwezig was. Rond 07:00 UT ontstond er een sterke röntgenuitbarsting van de klasse X7 die zeer traag weer tot het normale niveau terugviel. Dit duidde erop dat deze flare gepaard ging met een massa uitbarsting (cme) van geladen deeltjes die met grote snelheid in de richting van de aarde zouden kunnen bewegen. Op de website www.swpc.noaa.gov worden deze metingen door de GOES-satelliet van minuut tot minuut in grafieken bijgehouden. De cme bereikte na ongeveer anderhalve dag op 21 januari 2005 rond 17:00 UT de SOHO-satelliet in het eerste Lagrangepunt L1 op een afstand van nog 1,5 miljoen kilometer vanaf de aarde. De snelheid bedroeg meer dan 1000 km/s. De dichtheid van de cme kwam tot 50 protonen per cm3. Bekijk dergelijke gegevens op de website http://umtof.umd.edu/pm/. Op een volgende site www.swpc.noaa.gov/ace was te zien dat het interplanetaire magneetveld in L1 een negatieve component kreeg en daarmee het aardse magneetveld verzwakte. De deeltjes van de cme konden zo gemakkelijk in de atmosfeer doordringen en een prachtig poollicht veroorzaken. Ook in Appingedam was dit te zien. Op www.swpc.noaa.gov blijkt achteraf dat de index voor de magnetische verstoring op de aarde (Kp) een waarde had bereikt tot 8. Daaruit kon worden afgeleid dat de zuidelijke grens van het poollicht zich uitstrekte tot de lijn Hull-Hamburg.
  • Poollicht ten gevolge van een coronaal gat
      Eigenlijk is er altijd wel sprake van enig poollicht rond de magnetische polen op de aarde. Dat hangt samen met het feit dat de geladen deeltjes van de zonnewind op die plaatsen gemakkelijk langs de magnetische veldlijnen de atmosfeer kunnen binnendringen. Oplevingen ontstaan nadat een coronaal gat op de zon een versnelde zonnewind heeft uitgestraald in de richting van de aarde. Ook de coronale gaten worden vermeld op www.spaceweather.com. Meestal wordt het effect zichtbaar zo'n twee ā drie dagen na de passage van het coronale gat over de meridiaan. Een grafiek van de snelheid van de zonnewind wordt bijgehouden op http://umtof.umd.edu/pm/, ongeveer een half uur voordat de zonnewind de aarde bereikt. Het magnetisch effect is te vinden op de site van Kiruna: www.irf.se. De kleur van het poollicht hangt af van de snelheid van de binnendringende deeltjes en de toestand van de atmosfeer op verschillende hoogtes. Ook het poollicht is, evenals de ionosfeer, in staat om radiogolven te reflecteren.
  • De eerste STAZA op 21 mei 2005
      Door de regelmatige waarnemingen samen met Rob Stammes van de magnetische verstoringen op de aarde werd ontdekt dat er een effect ontstaat als er een zonnevlek over de rand van de zon tevoorschijn komt en als er plotseling een actief zonnevlekkengebied op de zon ontstaat. Een dergelijke SToring door Aangroeiende Zonne Activiteit in UV-licht werd al spoedig sinds 21 mei 2005 STAZA genoemd, een naam waarin tevens STAmmes en ZAnstra herkenbaar zijn. Zie ook "Waarnemen" onder het kopje "Zon-Aarde".
  • (W.T. Zanstra, A.A.M. Heeres)