Dit is het concept van een kunstenaar van het wereldwijde magnetische veld van de aarde, met de boogschok. De aarde staat in het midden van het beeld, omgeven door haar magnetische veld, weergegeven door paarse lijnen. De boegschok is de blauwe halve maan aan de rechterkant. Veel energetische deeltjes in de zonnewind, weergegeven in goud, worden afgebogen door het magnetische "schild" van de aarde.
(Afbeelding: © Walt Feimer (HTSI) / NASA / Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)
De zonnewind stroomt plasma en deeltjes van de zon de ruimte in. Hoewel de wind constant is, zijn de eigenschappen dat niet. Wat veroorzaakt deze stroom en hoe beïnvloedt deze de aarde?
Winderige ster
De corona, de buitenste laag van de zon, bereikt temperaturen tot 2 miljoen graden Fahrenheit (1,1 miljoen graden Celsius). Op dit niveau kan de zwaartekracht van de zon de snel bewegende deeltjes niet vasthouden en stromen ze weg van de ster.
De activiteit van de zon verandert in de loop van de 11-jarige cyclus, waarbij zonnevlekkenaantallen, stralingsniveaus en uitgestoten materiaal in de loop van de tijd veranderen. Deze veranderingen beïnvloeden de eigenschappen van de zonnewind, inclusief het magnetische veld, de snelheid, temperatuur en dichtheid. De wind verschilt ook op basis van waar de zon vandaan komt en hoe snel dat deel draait.
De snelheid van de zonnewind is hoger over coronale gaten en bereikt snelheden tot 800 kilometer per seconde. De temperatuur en dichtheid over coronale gaten zijn laag en het magnetische veld is zwak, dus de veldlijnen staan open voor de ruimte. Deze gaten komen voor bij de polen en lage breedtegraden en bereiken hun grootste wanneer de activiteit op de zon minimaal is. Temperaturen in de snelle wind kunnen oplopen tot 1 miljoen F (800.000 C).
Bij de coronale streamergordel rond de evenaar beweegt de zonnewind langzamer, met ongeveer 300 kilometer per seconde. De temperaturen in de langzame wind lopen op tot 2,9 miljoen F (1,6 miljoen C).
De zon en haar atmosfeer bestaan uit plasma, een mix van positief en negatief geladen deeltjes bij extreem hoge temperaturen. Maar als het materiaal de zon verlaat, gedragen door zonnewind, wordt het meer gasachtig.
"Naarmate je verder van de zon komt, daalt de magnetische veldsterkte sneller dan de druk van het materiaal", zei Craig DeForest, een zonnefysicus bij het Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder, Colorado, in een verklaring. 'Uiteindelijk begint het materiaal meer als een gas te werken en minder als een magnetisch gestructureerd plasma.'
De aarde beïnvloeden
Terwijl de wind van de zon afkomt, draagt hij geladen deeltjes en magnetische wolken. Een deel van de zonnewind wordt in alle richtingen uitgestraald en buffert voortdurend onze planeet, met interessante effecten.
Als het materiaal dat door de zonnewind wordt vervoerd het oppervlak van een planeet zou bereiken, zou de straling het leven dat zou kunnen bestaan ernstig beschadigen. Het magnetische veld van de aarde dient als een schild en leidt het materiaal rond de planeet zodat het daarbuiten stroomt. De kracht van de wind strekt het magnetische veld uit zodat het aan de zonzijde naar binnen wordt gesmeten en aan de nachtzijde wordt uitgerekt.
Soms spuugt de zon grote plasma-uitbarstingen uit die bekend staan als coronale massa-ejecties (CME's) of zonnestormen. Vaker tijdens de actieve periode van de cyclus die bekend staat als het zonne-maximum, hebben CME's een sterker effect dan de standaard zonnewind. [Foto's: verbluffende foto's van zonnevlammen en zonnestormen]
"Zonne-ejecties zijn de krachtigste aanjagers van de verbinding tussen zon en aarde", zegt NASA op haar website voor het Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO). "Ondanks hun belang begrijpen wetenschappers de oorsprong en evolutie van CME's niet volledig, noch hun structuur of omvang in de interplanetaire ruimte." De STEREO-missie hoopt daar verandering in te brengen.
Wanneer de zonnewind CME's en andere krachtige uitbarstingen van straling in het magnetische veld van een planeet brengt, kan dit ervoor zorgen dat het magnetische veld aan de achterkant tegen elkaar drukt, een proces dat bekend staat als magnetische herverbinding. Geladen deeltjes stromen dan terug naar de magnetische polen van de planeet, waardoor er prachtige weergaven ontstaan die bekend staan als de aurora borealisin de bovenste atmosfeer. [Foto's: geweldige Aurora's van 2012]
Sommige lichamen zijn afgeschermd door een magnetisch veld, andere missen hun bescherming. De maan van de aarde heeft niets om hem te beschermen, dus neemt de volle last. Mercurius, de dichtstbijzijnde planeet, heeft een magnetisch veld dat het afschermt van de gewone standaardwind, maar het neemt de volle kracht van krachtigere uitbarstingen zoals CME's.
Wanneer de stromen met hoge en lage snelheid met elkaar interageren, creëren ze dichte gebieden die bekend staan als co-roterende interactiegebieden (CIR's) die geomagnetische stormen veroorzaken wanneer ze interageren met de atmosfeer van de aarde.
De zonnewind en de geladen deeltjes die het vervoert, kunnen de aardse satellieten en Global Positioning Systems (GPS) beïnvloeden. Krachtige bursts kunnen satellieten beschadigen of kunnen GPS-signalen tientallen meters uitschakelen.
De zonnewind verstoort alle planeten in het zonnestelsel. NASA's New Horizons-missie bleef het detecteren terwijl het reisde tussen Uranus en Pluto.
"Gemiddelde snelheid en dichtheid komen samen wanneer de zonnewind naar buiten gaat", zei Heather Elliott, een ruimtevaartwetenschapper bij SwRI in San Antonio, Texas, in een verklaring. "Maar de wind wordt nog steeds opgewarmd door compressie terwijl hij zich voortbeweegt, dus je kunt zelfs in het buitenste zonnestelsel tekenen zien van het rotatiepatroon van de zon in de temperatuur.
De zonnewind bestuderen
We weten al sinds de jaren vijftig van de zonnewind, maar ondanks de uitgebreide effecten op de aarde en op astronauten, weten wetenschappers nog steeds niet hoe deze zich ontwikkelt. Verschillende missies van de afgelopen decennia hebben getracht dit mysterie te verklaren.
Gelanceerd op 6 oktober 1990, bestudeerde NASA's Ulysses-missie de zon op verschillende breedtegraden. Het meet de verschillende eigenschappen van de zonnewind gedurende meer dan een dozijn jaar.
De Advanced Composition Explorer (ACE) -satelliet draait op een van de speciale punten tussen de aarde en de zon die bekend staat als het Lagrange-punt. In dit gebied trekt de zwaartekracht van de zon en de planeet gelijkmatig, waardoor de satelliet in een stabiele baan blijft. ACE, gelanceerd in 1997, meet de zonnewind en biedt realtime metingen van de constante stroom van deeltjes.
NASA's dubbele ruimtevaartuig, STEREO-A en STEREO-B, bestuderen de rand van de zon om te zien hoe de zonnewind wordt geboren. STEREO, gelanceerd in oktober 2006, heeft volgens NASA "een uniek en revolutionair beeld van het zon-aardesysteem" gegeven.
Een nieuwe missie hoopt licht te laten schijnen op de zon en de zonnewind. De Parker Solar Probe van NASA, gepland voor de zomer van 2018, heeft tot doel 'de zon aan te raken'. Na een aantal jaren nauw om de ster te hebben gedraaid, zal de sonde voor het eerst in de corona duiken, met behulp van een combinatie van beeldvorming en metingen om het begrip van de corona te revolutioneren en het begrip van de oorsprong en evolutie van de zonnewind te vergroten.
"Parker Solar Probe gaat vragen beantwoorden over zonnefysica waar we al meer dan zes decennia over nadenken," zei Parker Solar Probe-wetenschapper Nicola Fox van het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in een verklaring. "Het is een ruimtevaartuig vol technologische doorbraken die veel van de grootste mysteries over onze ster zullen oplossen, inclusief het ontdekken waarom de corona van de zon zoveel heter is dan het oppervlak."
Extra middelen
- Real Time Solar Wind (NOAA / Space Weather Prediction Center)
- 3-daagse voorspelling (NOAA / Space Weather Prediction Center)
- Wekelijkse hoogtepunten en 27-daagse voorspelling (NOAA / Space Weather Prediction Center)
