Twee bijzondere ruimtesondes – één Europees, één Amerikaans – cirkelen om de zon. Hebben deze prestigieuze onderzoeksmissies al geholpen om de vier grootste vragen over de zon te beantwoorden? ‘We maken echt sprongen.’
is wetenschapsredacteur voor de Volkskrant. Hij schrijft over sterrenkunde, natuurkunde en ruimtevaart.
Al het gehele bestaan van de mensheid (en lang daarvoor) staat de zon onwrikbaar aan de aardse hemel. Toch begrijpen we nog altijd verrassend weinig van onze moederster.
En dat terwijl een beter begrip van de zon wel gewenst is. Niet alleen uit nieuwsgierigheid – al is meer weten altijd handig – maar nadrukkelijk ook vanuit het oogpunt van veiligheid. Zonnestormen vol deeltjes die richting de aarde racen vormen namelijk een flink risico voor astronauten, satellieten en energiecentrales.
Vandaar dat zowel de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie Nasa als de Europese tegenhanger Esa honderden miljoenen euro’s uitgaf om een onbemand onderzoeksschip naar de zon te vuren, respectievelijk in 2018 en 2020.
Elk van die twee sondes is op een eigen manier bijzonder. Zo vliegt de Parker Solar Probe van de Nasa dichter dan ooit bij de zon in de buurt. Het is een sonde ‘die de zon aanraakt’, zo omschrijft de pr-afdeling van het ruimtevaartagentschap het met gevoel voor dramatiek. En de Europese Solar Orbiter is op zijn beurt het eerste ruimtevoertuig ooit dat over de noord- en zuidpool van de zon vliegt.
In april 2020 blikte de Volkskrant, kort na lancering van die Solar Orbiter, vooruit op de vier belangrijkste zonnevragen die beide sondes moesten helpen beantwoorden. Iets meer dan vijf jaar later is het tijd voor een eerste tussenstand. Hebben deze twee prestigieuze onderzoeksmissies de mensheid al dichter bij een antwoord op die vier vragen gebracht?
Het is een nogal bizar gegeven: de zon wordt verder van het oppervlak plots héter. Is het aan de buitengrens nog een relatief bescheiden 5.000 graden Celsius, daar schiet de temperatuur iets verderop al radicaal omhoog.
In de corona, de ijle deeltjeslaag die als een soort aura om de zon hangt, is het zelfs een verzengende miljoen graden. Dat is goedbeschouwd natuurlijk volkomen absurd, vergelijkbaar met iemand die in de woonkamer de verwarming aanzet en de temperatuur vervolgens op zolder ziet stijgen.
‘Het is nog volstrekt onduidelijk waarom de corona zo heet is’, zei astronoom Frans Snik (Universiteit Leiden) in 2020 in de Volkskrant.
En nu, in 2025? Volgens Daniel Müller, projectleider van de Solar Orbiter bij Esa, weten wetenschappers steeds meer. ‘We ontdekten kort na lancering bijvoorbeeld kleine magnetische verschijnselen op het oppervlak van de zon, met temperaturen die ook al opliepen tot een miljoen graden’, zegt hij.
‘Dat was een belangrijke ontdekking. De vraag is nu: zijn er genoeg van dit soort plekken op het oppervlak dat ze bij elkaar de energie kunnen leveren om de hoge temperatuur van de corona te verklaren? Daar lijkt het wel op, maar we weten het nog niet zeker.’
Volgens Müller blijkt bovendien, nu wetenschappers de zon in steeds meer detail kunnen waarnemen, dat de theorieën over hoe het magneetveld zich rond de zon gedraagt behoorlijk goed kloppen.
Dat is fijn, want juist dat magneetveld is de onzichtbare hand achter veel van de onbegrepen eigenschappen van de zon. ‘Hoe dat veld samenkomt en energie vrijgeeft, klopt grotendeels met de verwachtingen’, zegt Müller. ‘Daarmee maken we echt sprongen.’
Eerder deed ook de Amerikaanse Parker Solar Probe al een duit in het zakje. Zo ontdekten wetenschappers met behulp van data van de sonde hoe de richting van het magneetveld van de zonnewind soms plots kan draaien, iets dat eveneens een bijdrage levert aan het opwarmen van de corona.
Onder de streep is er dan ook niet één verklaring die deze vraag in zijn geheel zal beantwoorden, verwacht Jorrit Leenaarts, directeur van het instituut voor zonnefysica aan de universiteit van Stockholm.
‘Hier speelt de combinatie van veel processen die allemaal wel iets met het magneetveld te maken hebben en die allemaal wel iets bijdragen aan de sterke opwarming van de corona.’
Zonnezones
5
4
3
2
1
Temperatuur in graden celsius
1
Kern
15 miljoen °C
2
Radiatieve zone
7 miljoen °C
3
Convectieve zone
2 miljoen °C
4
Fotosfeer & Chromosfeer
4.320-20.000 °C
5
Corona
1-3 miljoen °C
Zonnezones
Temperatuur in graden celsius
1
Kern
15 miljoen °C
2
Radiatieve zone
7 miljoen °C
5
4
3
2
1
3
Convectieve zone
2 miljoen °C
4
Fotosfeer & Chromosfeer
4.320-20.000 °C
5
Corona
1-3 miljoen °C
Het was de Italiaanse natuur- en sterrenkundige Galileo Galilei die ze aan het begin van de 17de eeuw als eerste zag: een flink aantal donkere plekken op de zon, tegenwoordig beter bekend als zonnevlekken. Nog geen tien jaar later waren ze allemaal weg, om pas zeventig jaar daarna weer in grotere aantallen terug te keren.
Dat was een uitzonderlijk lange zonnevlekvrije periode, weten we tegenwoordig. Gemiddeld verandert de zon grofweg elke elf jaar van niet-actief – vrijwel geen vlekken – naar heel actief en weer terug naar niet-actief. Op dit moment bevindt de zon zich in een actieve periode, een zogeheten zonnemaximum.
Hoe die cyclus precies werkt, is ook na jarenlange metingen door de twee zonnesondes nog een open vraag, al komt daar binnenkort vermoedelijk wel verandering in. ‘Om met dit vraagstuk écht grote progressie te boeken, moeten we gaan kijken naar de polen van de zon’, zegt Leenaarts.
Dat zit zo. Wetenschappers ontwikkelden een aantal computermodellen met mogelijke verklaringen voor de zonnecyclus, die onderling vooral afwijken in wat ze voorspellen voor de polen.
Het is bekend dat het magneetveld tijdens de zonnecyclus naar die polen meandert. Het veld komt uit het oppervlak van de zon omhoog in kleine bundels, die vervlochten raken in grotere bundels. Rond die grote bundels ontstaan de zonnevlekken. Maar die bundeling is iets tijdelijks: steeds worden de kleine bundels als een soort spaghettisliertjes weer uit de grote bundels getrokken, waarna de zonnevlekken ontrafelen en de losse sliertjes naar de polen trekken.
Wat daar met die stukjes magneetveld gebeurt, weet nog niemand en is in elk computermodel weer anders. Uitsluitsel was tot voor kort vrijwel onmogelijk. Niemand had immers ooit fatsoenlijk de polen van de zon kunnen waarnemen.
Of de zon nu opduikt op een vakantiekiekje of op een professionele foto van een wetenschappelijk observatorium, altijd vangen die beelden onze moederster vanuit dezelfde hoek.
De aarde bevindt zich immers in een baanvlak rond de zon, waaruit zelfs ruimtesondes normaliter niet vertrekken. Al was het maar omdat het veel moeite kost om van koers rond de zon te veranderen.
Totdat Solar Orbiter dat eerder dit jaar wél deed, als eerste sonde in de geschiedenis. Dat leidde in juni vervolgens tot een uitzicht zoals niemand dat ooit eerder had gezien: een blik op de zuidpool van de zon. ‘Dit is het begin van een nieuw tijdperk in de zonnewetenschap’, jubelde Carole Mundell, wetenschappelijk directeur van Esa, in een persverklaring.
Overigens is de zuidpool van de zon vanaf de aarde normaliter niet totáál onzichtbaar. Doordat de draai-as van de zon en het baanvlak van de planeten niet perfect loodrecht op elkaar staan, kon je de zuidpool al wel een beetje zien, maar alleen onder een scherpe hoek van 7 graden. Bij de foto’s van Solar Orbiter was de zuidpool was die hoek al vergroot tot 17 graden. Dat leverde meteen al een ‘spectaculaire verbetering’ op, oordeelt Leenaarts.
Sonde brengt de zuidpool
van de zon in beeld
Lancering: februari 2020
Maximale tijd radiosignaal tussen aarde en sonde: 16,5 minuten
Maximale afstand tussen aarde en sonde: 300 miljoen km
Baan Solar Orbiter
1.Maart 2025
2.Januari 2027
3.April 2028
4.Juli 2029
De zwaartekrachtvelden van de aarde en Venus slingeren de sonde in een
steeds iets andere baan
4
3
2
1
Mercurius
Zon
Aarde
Venus
Sonde brengt de zuidpool van de zon in beeld
Lancering: februari 2020
Maximale tijd radiosignaal tussen aarde en sonde: 16,5 minuten
Maximale afstand tussen aarde en sonde: 300 miljoen km
Baan Solar Orbiter
1.Maart 2025
2.Januari 2027
3.April 2028
4.Juli 2029
De zwaartekrachtvelden van de aarde en Venus slingeren de sonde in een
steeds iets andere baan
4
3
2
1
Mercurius
Zon
Aarde
Venus
Vanaf 2029 is de kijkhoek van Solar Orbiter naar verwachting het gunstigst, met zo’n 33 graden. ‘Die is dan zodanig groot dat we echt kunnen zien hoe dat systeem van het magneetveld precies werkt, een systeem dat je wel kunt beschouwen als een soort lopende band naar de polen die daarna weer terugkeert naar de evenaar’, zegt Müller.
Op de eerste beelden oogde het magneetveld in elk geval ‘rommelig’, zo omschreef de Esa het in haar persverklaring. Waar een normale magneet een duidelijke ladingsverdeling tussen ‘plus’ en ‘min’ heeft, met een magnetische ‘noordpool’ en ‘zuidpool’, daar leek dat onderscheid op de zon niet erg duidelijk.
Precies zoals verwacht, overigens: een duidelijke ladingsverdeling zie je eerder tijdens een zonneminimum, wanneer het rustig is op onze moederster, dan tijdens een maximum, zoals nu.
Tijdens toekomstige passages kan Solar Orbiter een groot deel van de gevolgen van het lopendebandwerk van de zon in kaart brengen. Over zes jaar, in 2031 dus, bereikt de zon het nieuwe minimum en dan moet dat systeem de ladingen keurig hebben verdeeld.
‘We zijn bezig met voorstellen voor het verlengen van de missie voorbij 2026’, zegt Müller. In dat jaar eindigt het deel van de missie waarvoor al budget was vrijgemaakt. De rest van de missie – tot 2030 – is al wel gepland. Müller verwacht dat de Esa-lidstaten de succesvolle missie inderdaad zullen verlengen.
Onze normaliter zo lieflijke moederster kan zich met een beetje pech ontwikkelen tot een fors gevaar voor vooral de aardse technologie.
Grote zonnevlammen, zoals die soms aan de zon ontsnappen, zijn namelijk vaak voorlopers van krachtige uitbarstingen van snelle geladen deeltjes: CME’s in astronomenjargon (Coronal Mass Ejections). Botsen zulke deeltjes op de aardatmosfeer, dan veroorzaken ze onder meer het betoverende noorderlicht, maar krachtigere deeltjesvlagen kunnen ook minder zwierige gevolgen hebben. Zo kunnen CME’s elektriciteitsnetwerken platleggen en communicatiesatellieten ruïneren.
Berucht is de CME van 1859, beter bekend als het Carrington Event, toen de zon het toenmalige telegraafsysteem platlegde, de voorloper van het moderne telecommunicatienetwerk. Sommige telegrafisten kregen destijds plots zelfs flinke schokken te verwerken van hun apparatuur.
Wanneer een vergelijkbare CME de huidige, technologisch veel meer ontwikkelde aarde raakt, levert dat flinke schade op. Alleen al financieel zouden de gevolgen kunnen oplopen tot honderden miljarden verloren euro’s, schat Müller.
Vorig jaar bleek uit onderzoek bovendien dat superkrachtige zonnevlammen op sterren vergelijkbaar met de zon grofweg eens per honderd jaar voorkomen. Dat zou betekenen dat wetenschappers de frequentie van echt krachtige stormen mogelijk hebben onderschat. Eerder dacht men namelijk dat iets als het Carrington Event hooguit eens per duizend jaar zou kunnen voorkomen.
Gevaarlijk ruimteweer voorspellen is lastig. Zo’n halve eeuw geleden werd duidelijk dat de snelste elektronen in een deeltjesstorm als eerste arriveren. Meet je die, dan weet je dat grofweg een half uur later de rest volgt, zegt Müller. Sindsdien is er aan de waarschuwingstijd nauwelijks iets verbeterd.
‘Een half uur is niet slecht – het is genoeg om astronauten aan boord van het ISS te laten schuilen, bijvoorbeeld’, zegt Müller. Maar idealiter heb je bij krachtige zonnestormen wat meer tijd, om bijvoorbeeld energiecentrales preventief uit te schakelen.
‘Het belangrijkste is om meer informatie te hebben over hoe de zonnewind überhaupt ontstaat en hoe die wind zich vervolgens in de ruimte gedraagt’, zegt Leenaarts, verwijzend naar de reguliere geladen deeltjes die de zon met regelmaat de ruimte in vuurt.
‘Sommige mensen zeggen: o, ik wil gewoon ruimteweervoorspellingen, ik hoef die wetenschap allemaal niet te begrijpen’, zegt Müller. ‘Maar dat is echt wensdenken.’
Om de vergelijking met de aarde te trekken: als je überhaupt niets begrijpt van hoe de wind waait, of van hoe wolken ontstaan, dan is het heel moeilijk om de stap te zetten naar het modelleren van extreme verschijnselen als stormen, orkanen of tornado’s.
In 2023 boekten onderzoekers een belangrijk succes in het opkrikken van die broodnodige basiskennis. In het vakblad Science beschreven ze, met behulp van meetgegevens verzameld door Solar Orbiter, hoe uit gaten in de corona honderden kilometers grote deeltjespluimen vrijkomen die de bron kunnen vormen van de zonnewind.
En hoewel ‘honderden kilometers’ naar menselijke maatstaven best groot is, is het op de schaal van de zon – een bol met een straal van bijna 700 duizend kilometer – heel bescheiden. Bovendien: door de enorme afstand kun je die pluimen vanaf aarde niet zien. Alleen met een zonnesonde zoals Solar Orbiter kun je ze betrappen.
Ook hier bleek het magneetveld weer de onzichtbare dirigent van het zonnegedrag. Door complexe bewegingen in dat veld kunnen de pluimen namelijk ontstaan.
Tegelijk leren wetenschappers steeds meer over het gedrag van de zonnewind nadat die zo’n pluim heeft verlaten. Neem nu het resultaat dat Solar Orbiter en Parker Solar Probe vorig jaar samen boekten, toen een vlaag met deeltjes langs beide ruimtesondes trok. Dat de vlaag van zonnewind precies langs beide sondes trok – die niet standaard in elkaars verlengde liggen – was ‘bijzonder’, zegt Müller. Een gelukje.
De metingen leverden meteen nieuwe inzichten op. Zo was het bijvoorbeeld een langlopend mysterie waarom de zonnewind verder van de zon steeds sneller ging, alsof de deeltjes allemaal de beschikking hadden over een eigen raketmotortje.
In werkelijkheid kregen de geladen deeltjes een extra zetje van het gekronkel van het magneetveld, ontdekten de wetenschappers, een verschijnsel dat astronomen beter kennen onder de naam Alfvén-golven. ‘Dat was echt een belangrijk resultaat, iets waar we erg blij mee zijn’, zegt Müller.
Behalve meer kennis over de zonnewind verzamelden de onderzoekers nieuwe inzichten in de vorm en het gedrag van de zonnevlammen zelf. Ze wisten de radiosignalen te meten van deeltjes die in de buurt van zo’n zonnevlam versneld worden en hebben de verschillen in snelheid vastgelegd van deeltjes afkomstig uit regio’s net buiten de zonnevlekken, zo is onder meer te lezen in het vakblad Astrophysics and Space Science, waarin wetenschappers eerder dit jaar nog eens de belangrijkste resultaten van de Solar Orbiter-missie tot nog toe opsomden.
Uiteindelijk moet al die kennis helpen om de computermodellen te verbeteren, zegt Leenaarts. ‘Wil je voorspellen of een CME effect zal hebben op de aarde, dan moet dat model zo goed mogelijk zijn. Daarvoor moet allereerst de basis kloppen, zoals de manier waarop je de achtergrond van zonnewind modelleert. Daarover was eerst nog heel weinig bekend, maar dankzij deze sondes sinds enkele jaren plots echt veel meer.’
De stap om al die kennis daadwerkelijk te gebruiken voor voorspellingen, is alleen nog wel groot. De heilige graal in dit vakgebied is om de komst van een zonnevlam te voorspellen voordat je überhaupt iets ziet gebeuren op het zonne-oppervlak. Zelf werkt Leenaarts ook aan dat vraagstuk, maar dan vanaf aarde, met de Zweedse zonnetelescoop.
Daarbij gaat zijn aandacht opnieuw vooral uit naar het magneetveld. In perioden dat de zon meer zonnevlekken heeft, en dus magnetisch actiever is, produceert deze ook vaker grote zonnevlammen en krachtige deeltjesstormen. ‘Wij bestuderen daarom dat magneetveld en kijken dan bovenal naar gebieden waar in theorie zo’n zonnevlam uit kan komen. We proberen te achterhalen hoeveel magnetische energie daar in zit en hoe stabiel of onstabiel zo’n gebied is’, zegt hij.
Op termijn willen hij en zijn collega’s het gedrag van het magneetveld zodanig goed gaan begrijpen dat ze voorspellingen kunnen doen. ‘Dan kun je misschien zeggen: ik verwacht met een zekerheid van 50 procent dat er binnen nu en een dag een zonnevlam uit dat gebied komt’, zegt hij, en kun je dus tijdig maatregelen treffen op aarde. ‘Mijn verwachting is dat we daar de komende tien jaar echt veel vooruitgang in gaan boeken.’
Luister hieronder naar onze wetenschapspodcast Ondertussen in de kosmos. Kijk voor al onze podcasts op volkskrant.nl/podcasts.
Alles over wetenschap vindt u hier.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant