R - Oerkrachten in de zon - SRON Netherlands Institute for Space Research

Solar Maximum Mission: Oerkrachten in de zon

Missie in het kort
Belangrijkste resultaten
Voortgezet onderzoek
Links

Missie in het kort

Op 14 februari 1980 lanceert NASA de Solar Maximum Mission. Deze satelliet voor zonneonderzoek moet vooral waarnemingen verzamelen op een moment dat de zon zich in een piek bevindt van de 11-jarige activiteitscyclus. Aan boord bevinden zich zeven instrumenten waarvan de meesten zich toeleggen op het registreren van ultraviolet- en röntgenstraling. Deze straling wordt geabsorbeerd door de aardatmosfeer zodat vanaf de grond zulke waarnemingen niet mogelijk zijn.

Een van de instrumenten is gebouwd in het Laboratorium voor Ruimteonderzoek te Utrecht en heeft als wetenschappelijk coördinator (“Principal Investigator”) Kees de Jager. Het instrument heet Hard X-ray Imaging Spectrometer, kortweg HXIS. Het kan straling waarnemen met een energie van 20 – 260 kilo elektronvolt. Doel van het instrument is om vooral te kijken naar actieve gebieden op de zon, en naar zonnevlammen. Eerder is met de Europese TD-1A satelliet ontdekt dát zonnevlammen korte stoten röntgenstraling uitzenden, maar hoe dat in zijn werk gaat, is nog niet bekend.

De missie eindigt op 2 december 1989 wanneer de satelliet terugvalt in de dampkring. Eerder, in 1984, wordt de satelliet bezocht door de Spaceshuttle Challenger voor onderhoud en reparatie. HXIS blijft de eerste 156 dagen na de lancering perfect werken maar dan valt één detector uit. De rest van het instrument blijft echter goed functioneren tot het einde van de missie. De kapotte detector kan door de astronouten helaas niet worden gerepareerd.

Belangrijkste resultaten

Uit het Utrechtse onderzoek is naar voren gekomen dat zonnevlammen ontstaan als magnetische veldlijnen zich in zeer korte tijd organiseren tot lussen. Aan weerszijde van de lus is op de HXIS-beelden te zien dat de gebiedjes helder oplichten. Deze ‘voetpunten’ van de magnetische boog vormen als het ware de ‘aansluitpunten’ voor een sterk elektrisch stroomkanaal. De stroomsterkte bedraagt miljarden ampère. In de boog wordt het zonnegas dan heel sterk verhit en gaat onder andere röntgenstraling uitzenden. De temperatuur blijkt op te lopen tot wel 40 miljoen graden. Daardoor expandeert het gas en stijgt de lus. Het proces gaat steeds sneller: de lus klapt als het ware open. Dat jaagt de zonnevlam aan. Het expanderende gas koelt langzaam af en de harde röntgenstoten maken plaats voor ‘zachte’ röntgenstraling. Soms omspannen de lussen bijna 20% van het zonsoppervlak en blijven ze, nadat de zonnevlam is verdwenen, nog uren zichtbaar.

Het instrument levert ook spectrale informatie. Voor elk van de 432 vierkante beeldelementen wordt in zeven spectrale vensters de stralingsintensiteit vastgelegd, en dat met tussenpozen van 0,5 tot 7 seconden. Zo kunnen niet alleen snelle veranderingen worden vastgelegd, maar is ook na te gaan waar de piek van de stralingsintensiteit ligt. Dat geeft informatie over bijvoorbeeld de temperatuur van het verhitte zonnegas. Meer over het instrument is opgenomen in het aparte venster over HXIS in de categorie Experimenten.

Voortgezet onderzoek

De Solar Maximum Mission geeft de aanzet tot een opvolgende reeks satellieten voor zonneonderzoek. Daarbij ligt de nadruk nog steeds op actieve gebieden op de zon, en explosieve verschijnselen, zoals de Coronal Mass Ejections waarbij grote hoeveelheden deeltjes de interplanetaire ruimte in worden geschoten. Als de aarde in de baan ligt van dergelijke ‘zonnewindstoten’ kan dat leiden tot spectaculaire poollichtverschijnselen. In zeldzame gevallen treden storingen op in communicatienetwerken en in hoogspanningsleidingen.

Een van de meest succesvolle opvolgers is de Solar and Heliospheric Observatory, kortweg SOHO. Deze satelliet fungeert als continue monitor van de zon. Door verschillende instrumenten zien we de toestand op het zonneoppervlak (zonnevlekken, heldere gebieden) en in de zonneatmosfeer. SOHO is een project van NASA en ESA. De satelliet is sinds 2 december 1995 in bedrijf. Er zijn tal van explosieve verschijnselen mee geregistreerd, waaronder de Coronal Mass Ejections.

In 1998 lanceerde NASA de Transition Region and Coronal Explorer satelliet, kortweg TRACE. Deze satelliet functioneert tot 2010 en levert detailinformatie op over (explosieve) verschijnselen in de onderste zonneatmosfeer, en wel in het zichtbare licht tot en met het verre ultraviolet.

Tot de meest recente zonnemissies behoort NASA’s Solar Dynamics Observatory. De satelliet brengt trillingen van de zon in beeld en vertelt daarmee veel over de inwendige structuur van de zon. Daar blijkt overigens de oorzaak te liggen van veel explosieve verschijnselen. Verstoringen in het diepe magneetveld, als gevolg van verschillende rotatiesnelheden van de diverse lagen in de zon, en van gasmassas op verschillende breedtegraden, planten zich naar boven voort. Deze verstoringen vormen aan het zichtbare zonsoppervlak de oorzaak van onder andere zonnevlekken.