Zonnewind, de stroom elektrisch geladen deeltjes die uit de buitenste atmosferische laag corona van de zon komt, vormt een bedreiging voor de levensvorm en de op elektrische technologie gebaseerde moderne menselijke samenleving. Het magnetische veld van de aarde biedt bescherming tegen de inkomende zonnewind door ze weg te buigen. Drastische zonne-gebeurtenissen zoals massa-ejectie van elektrisch geladen plasma uit de corona van de zon veroorzaken verstoringen in de zonnewind. Daarom is studie van verstoringen in de omstandigheden van zonnewind (ruimteweer genoemd) een noodzaak. Coronal Mass Ejection (CME's), ook wel 'zonnestormen' of 'ruimtestormen' genoemd, wordt geassocieerd met de zonne-radio-uitbarstingen. Studie van zonne-radio-uitbarstingen in de radio-observatoria kan een idee geven over CME's en zonnewindomstandigheden. De eerste statistische studie (recent gepubliceerd) van 446 geregistreerde type IV radio-uitbarstingen die zijn waargenomen in de laatste zonnecyclus 24 (elke cyclus verwijst naar de verandering in het magnetische veld van de zon om de 11 jaar), heeft uitgewezen dat de meerderheid van Long Duration Type IV Radio Solar Uitbarstingen gingen gepaard met Coronal Mass Ejection (CME's) en verstoringen in de omstandigheden van de zonnewind.
Net zoals het weer op aarde wordt beïnvloed door de verstoringen in de wind, wordt het ruimteweer' beïnvloed door de verstoringen in de 'zonnewind'. Maar hier houdt de gelijkenis op. In tegenstelling tot wind op aarde, die is gemaakt van lucht bestaande uit atmosferische gassen zoals stikstof, zuurstof enz., bestaat de zonnewind uit oververhit plasma dat bestaat uit elektrisch geladen deeltjes zoals elektronen, protonen, alfadeeltjes (heliumionen) en zware ionen die continu afkomstig zijn van de de atmosfeer van de zon in alle richtingen, ook in de richting van de aarde.
De zon is de ultieme energiebron voor het leven op aarde en wordt daarom in veel culturen gerespecteerd als gever van leven. Maar er is ook een andere kant. De zonnewind, de continue stroom van elektrisch geladen deeltjes (namelijk plasma) afkomstig uit de zonneatmosfeer vormt een bedreiging voor het leven op aarde. Dankzij het magnetische veld van de aarde dat de meeste ioniserende zonnewind (van de aarde) afbuigt en de atmosfeer van de aarde die de meeste resterende straling absorbeert en zo bescherming biedt tegen de ioniserende straling. Maar er is meer: naast een bedreiging voor de biologische levensvormen vormt zonnewind ook een bedreiging voor de door elektriciteit en technologie aangedreven moderne samenleving. De elektronische en computersystemen, elektriciteitsnetten, olie- en gaspijpleidingen, telecom, radiocommunicatie inclusief mobiele telefoonnetwerken, GPS, ruimtemissies en -programma's, satellietcommunicatie, internet enz. - dit alles kan mogelijk worden verstoord en tot stilstand worden gebracht door storingen in zonnewind1. Vooral astronauten en ruimtevaartuigen lopen gevaar. Er waren in het verleden verschillende gevallen hiervan, bijvoorbeeld maart 1989 'Quebec Black-out'' in Canada veroorzaakt door enorme zonnevlammen had het elektriciteitsnet zwaar beschadigd. Ook enkele satellieten hadden schade geleden. Daarom is het noodzakelijk om de omstandigheden van de zonnewind in de buurt van de aarde in de gaten te houden - hoe de kenmerken zoals snelheid en dichtheid, magnetisch veld kracht en oriëntatie, en energetische deeltjesniveaus (dwz ruimteweer) zullen een impact hebben op levensvormen en de moderne menselijke samenleving.
Kan net als 'weersvoorspelling' ook 'ruimteweer' worden voorspeld? Wat bepaalt de zonnewind en zijn omstandigheden in de buurt van de aarde? Kunnen ernstige veranderingen in het ruimteweer van tevoren bekend zijn om preventieve maatregelen te nemen om de schadelijke impact op de aarde te minimaliseren? En waarom wordt de zonnewind überhaupt gevormd?
De zon is een bal van heet elektrisch geladen gas en heeft daarom geen duidelijk oppervlak. De fotosfeerlaag wordt behandeld als het oppervlak van de zon, omdat we dit met licht kunnen waarnemen. Lagen onder de fotosfeer naar binnen naar de kern zijn ondoorzichtig voor ons. De zonneatmosfeer bestaat uit lagen boven het fotosfeeroppervlak van de zon. Het is de transparante gasvormige halo die de zon omringt. Beter gezien vanaf de aarde tijdens de totale zonsverduistering, heeft de zonneatmosfeer vier lagen: chromosfeer, zonne-overgangsgebied, corona en heliosfeer.
Zonnewind wordt gevormd in corona, de tweede laag (van buitenaf) van de zonneatmosfeer. Corona is een laag zeer heet plasma. Terwijl de temperatuur van het oppervlak van de zon ongeveer 6000 K is, is de gemiddelde temperatuur van de corona ongeveer 1-2 miljoen K. De zogenaamde 'Coronal Heating Paradox', het mechanisme en de processen van verwarming van corona en versnelling van de zonnewind tot zeer hoge snelheid en expansie in de interplanetaire ruimte is nog niet goed begrepen, 2 hoewel onderzoekers in een recent artikel hebben geprobeerd dit op te lossen door middel van axion (het hypothetische elementaire deeltje van donkere materie) oorsprongsfotonen 3.
Af en toe wordt een enorme hoeveelheid heet plasma uit de corona in de buitenste laag van de zonneatmosfeer (heliosfeer) uitgestoten. De massa-ejecties van plasma uit corona, genaamd Coronal Mass Ejections (CME's), blijken grote verstoringen te veroorzaken in de temperatuur, snelheid, dichtheid en interplanetair magnetisch veld van de zonnewind. Deze veroorzaken sterke magnetische stormen in het aardmagnetische veld van de aarde 4. Uitbarsting van plasma uit corona omvat versnelling van elektronen en versnelling van geladen deeltjes genereert radiogolven. Als gevolg hiervan worden coronale massa-ejecties (CME's) ook geassocieerd met uitbarstingen van radiosignalen van de zon 5. Daarom zouden ruimteweerstudies studie omvatten van timing en intensiteit van massa-ejecties van plasma uit de corona in combinatie met de bijbehorende zonne-uitbarstingen, wat een Type IV-radio-uitbarsting is die lang aanhoudt (meer dan 10 min.).
Het optreden van radio-uitbarstingen in de eerdere zonnecycli (de periodieke cyclus van het magnetische veld van de zon om de 11 jaar) in verband met coronale massa-ejecties (CME's) is in het verleden bestudeerd.
Een recent statistisch onderzoek op lange termijn door Anshu Kumari et al. van Universiteit van Helsinki op radio-uitbarstingen waargenomen in de zonnecyclus 24, werpt verder licht op de associatie van radio-uitbarstingen van lange duur met bredere frequentie (genaamd type IV-uitbarstingen) met CME's. Het team ontdekte dat ongeveer 81% van de type IV-uitbarstingen werd gevolgd door coronale massa-ejecties (CME's). Ongeveer 19% van de type IV-bursts ging niet gepaard met CME's. Bovendien gaat slechts 2.2% van de CME's gepaard met radio-uitbarstingen van type IV 6.
Inzicht in de timing van type IV langdurige bursts en de CME's op een incrementele manier zal helpen bij het ontwerp en de timing van de lopende en toekomstige ruimteprogramma's dienovereenkomstig, om de impact hiervan op dergelijke missies en uiteindelijk op de levensvormen en de beschaving aan De aarde .
***
Referenties:
- Witte SM., geb. Zonne-radio-uitbarstingen en ruimteweer. Universiteit van Maryland. Online verkrijgbaar bij https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Betreden op 29 Jamaury 2021.
- Aschwanden MJ et al 2007. De coronale verwarmingsparadox. The Astrophysical Journal, Volume 659, Nummer 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070
- Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Oplossing van het coronale verwarmingsprobleem door middel van fotonen met axionoorsprong. Physics of the Dark Universe Volume 31, januari 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746
- Verma PL., et al 2014. Coronale massa-ejecties en verstoringen in plasmaparameters van zonnewind in relatie tot geomagnetische stormen. Journal of Physics: Conference Series 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060
- Gopalswamy N., 2011. Coronale massa-ejecties en zonne-radio-emissies. CDAW-datacentrum NASA. Online verkrijgbaar bij https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Betreden op 29 januari 2021.
- Kumari A., Morosan DE., en Kilpua EKJ., 2021. Over het optreden van type IV zonne-radio-uitbarstingen in zonnecyclus 24 en hun associatie met coronale massa-ejecties. Gepubliceerd op 11 januari 2021. The Astrophysical Journal, Volume 906, Number 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878
***
