Lees het ruimteschip SOHO onthult de geheimen van onze ster. Waarom trilt de zon? Waar komen de verwoestende magnetische stormen vandaan? Het nieuwe zonne-observatorium op het voorplein van de aarde heeft in de eerste twee jaar van gebruik enkele antwoorden en nieuwe inzichten gegeven. De zinderende gasmassa's op de zon verbergen nog steeds veel geheimen. Dus astronomen weten nog steeds niet wat de elfjarige cyclus van activiteit veroorzaakt - het meest opvallende kenmerk is het periodieke verschijnen van donkere vlekken op het zonneoppervlak. Even open is de kwestie van de oorsprong van de zonnewind, die het zonnestelsel binnendringt als een stroom van elektrisch geladen deeltjes. Vooral het puzzelen is het mechanisme dat de corona tot ruim een ​​miljoen graden verwarmt.

SOHO, de "Solar and Heliospheric Observatory", probeert dergelijke problemen al twee jaar op te lossen. Het zonne-observatorium is ontwikkeld onder leiding van de European Space Agency ESA en wordt samen met de Amerikaanse NASA geëxploiteerd. Op 2 december 1995 lanceerde het ruimtevaartuig van ongeveer twee ton vanuit de ruimtehaven Cape Canaveral in Florida in de ruimte. Twee maanden later had ze haar definitieve positie bereikt, het zogenaamde Lagrange-punt L1.

Dit is de best mogelijke locatie om de zon te observeren: ongeveer 1, 5 miljoen kilometer van de aarde in de richting van de zon, heffen de aantrekkingskrachten van de twee hemellichamen elkaar op. Dus SOHO - geslagen door onzichtbare draden over de aarde - kan met onze planeet in een baan om de zon draaien zonder ooit het open zicht te verbergen. Vanuit deze blootgestelde positie is het voor het eerst mogelijk om jarenlang de zon volledig ongestoord te observeren.

SOHO heeft elf wetenschappelijke instrumenten aan boord. Ze registreren de UV-straling van de zon, magnetische velden, temperaturen, materie en energiestromen in de corona en in hun overgangsgebied naar het zonneoppervlak. Andere instrumenten onderzoeken de energieverdeling in de zonnewind en bepalen de chemische samenstelling. In drie SOHO-experimenten worden trillingen gemeten die ervoor zorgen dat de hele gasbol van de zon non-stop schudt, vergelijkbaar met een gehavende bel. tonen

Deze ritmische trillingen worden veroorzaakt door geluidsgolven die door de zon passeren op gebogen paden van verschillende lengtes en worden steeds opnieuw gereflecteerd op hun oppervlak. Elke geluidsgolf heeft een bepaalde frequentie - meestal binnen het bereik van enkele millihertz. Hun superpositie lijkt op een - onhoorbaar - "lied van de zon".

Helio-seismologie, de studie van zonnetrillingen, maakt een blik diep onder het vertrouwde gezicht van onze thuisster mogelijk. Informatie over de interne structuur van de zon kan worden verkregen uit de frequenties, de afstanden en de transittijden van individuele geluidsgolven.

Daartoe registreren de SOHO-meetinstrumenten bewegingen van het oppervlak van de zon tot een paar meter met behulp van het Doppler-effect: afhankelijk van of de gasmassa's in één gebied van de zon stijgen of dalen, wordt het spectrum van het daar uitgestraalde licht verschoven naar iets hogere of lagere frequenties. De "Michelson Doppler Imager" aan boord van SOHO bepaalt eenmaal per minuut de verticale beweging van bijna een miljoen punten op het zonneoppervlak. Computersimulaties bepalen de verdeling van temperatuur en dichtheid in de zon.

De resultaten werden bevestigd door modellen van astrofysici uit de constructie van de zon. Ze laten ook zien dat in het grensgebied tussen de convectiezone - het buitengebied van de zonnebol - en de onderliggende stralingszone, de gassen in gewelddadige turbulentie met elkaar vermengen. Bovendien roteren de convectie- en stralingszones met verschillende snelheden. Ongeveer 200.000 kilometer onder het oppervlak leidt dit tot sterke schuifkrachten. Samen met de turbulentie zouden ze verantwoordelijk kunnen zijn voor het ontstaan ​​van het zonnemagnetisch veld.

Magnetische velden spelen waarschijnlijk een cruciale rol in veel processen in de zon, waaronder het opwarmen van de corona. Al tientallen jaren waren astronomen verbaasd: waarom is de corona bijna duizend keer heter dan het oppervlak van de zon, dat is ongeveer 5800 graden Celsius? Er is geen warmtebron in de corona zelf, een warmtestroom vanuit de onderliggende koelere gebieden is volgens de natuurwetten niet mogelijk. Er moet dus een ander mechanisme zijn dat energie in de corona overbrengt.

De SOHO-instrumenten hebben de wetenschappers nu op hun pad gebracht. Ze laten zien dat het oppervlak van de zon bedekt is met een tapijt van talloze magnetische lussen - gebogen magnetische velden, elk beginnend bij een positieve magnetische pool op het oppervlak en eindigend bij een negatieve pool. Gewoonlijk breken deze kortstondige structuren een paar dagen na hun vorming open, hun open uiteinden bewegen dan vrij rond. Als twee uiteinden samenkomen met verschillende richtingen van het magnetische veld, treedt er een kortsluiting op die enorme hoeveelheden energie in de zonne-atmosfeer vrijgeeft.

Magnetische velden zijn waarschijnlijk ook betrokken bij de vorming van de zonnewind. Astronomen weten al lang dat de zonnewind uit twee delen met verschillende energie-inhoud bestaat: langzamere deeltjes bewegen rond met ongeveer 400 kilometer per seconde, terwijl snellere deeltjes het twee keer zo snel maken.

Waarnemingen van de "Ultraviolet Coronograph Spectrometer" door SOHO laten zien dat het langzamere deel van de zonnewind uit het equatoriale gebied komt, waar materie langs de magnetische veldlijnen in de ruimte stroomt. De meer energetische deeltjes hebben hun oorsprong daarentegen in poolgebieden. Daar zijn de magnetische veldlijnen open en werken ze als een versneller. Ze stuwen elektrisch geladen deeltjes die uit de zon verdampen naar ongekende niveaus bij zeer hoge snelheden. Ook in de buurt van de zonnepolen ontdekten Britse onderzoekers onlangs gigantische cyclonen met behulp van de SOHO-spectrometer. Elk van hen is bijna net zo groot als de aarde, in de zonnetornado's ravotten winden met snelheden tot 500.000 kilometer per uur.

Steeds opnieuw werpen zogenaamde coronale massa-ejecties miljarden tonnen materie de ruimte in. Deze enorme explosies zijn verantwoordelijk voor magnetische stormen over de aarde die radiocommunicatie kunnen verstoren en stroomuitval kunnen veroorzaken. Elektronen die gevangen zitten in het magnetische schild van de aarde worden vrijgegeven door magnetische stormen. Als energierijke "dodende elektronen" kunnen ze de elektronica van satellieten beschadigen en astronauten in gevaar brengen tijdens ruimtewandelingen. Tot dusverre zijn pogingen gedaan om magnetische stormen van "zonnevlammen" te voorspellen die vanaf de aarde gemakkelijker waar te nemen zijn. Dit zijn sterk verwarmde gebieden van de zonne-atmosfeer. Het slagingspercentage van dergelijke voorspellingen is nogal mager: slechts ongeveer elke derde overstraling trekt een magnetische storm aan. SOHO biedt de mogelijkheid om de uitstoot van coronale massa direct waar te nemen en belooft dus veel betrouwbaardere voorspellingen.

Vorig jaar registreerde de sonde negen van dergelijke explosies binnen zeven maanden. Elke keer woedde een magnetische storm een ​​paar dagen later over de aarde. Astrofysici hopen in de toekomst computermodellen te kunnen gebruiken om de sterkte van dergelijke SOHO-gegevens te voorspellen.

Tot nu toe is wat open is wat de elfjarige cyclus van de zon veroorzaakt. Het kan te maken hebben met grote plasmastromen onder het zonneoppervlak dat SOHO heeft gevangen. Stromen van geïoniseerde gassen stromen rond de poolgebieden van de zon op een diepte van ongeveer 40.000 mijl. Ze doen sterk denken aan terrestrische jetstromen: snelle verticale winden die over de wereld blazen op meanderende stroomlijnen. Andere plasmastromen lijken op de passaatwinden op aarde. Ze komen vaak samen met flarden van zonnevlekken voor, aangezien het rond het jaar 2000 zal zijn. Dan hopen de wetenschappers ook het geheim van de zonnecyclus te ontdekken.

=== Ralf Butscher

Science.de

Aanbevolen Editor'S Choice