De zon in detail

Op 14 november jl. werden in het wetenschappelijke tijdschrift Nature de eerste resultaten van de Zweedse 1-m zonnetelescoop op het Canarische eiland La Palma bekendgemaakt. De resultaten, aan de totstandkoming waarvan onder anderen de Nederlandse sterrenkundige Luc Rouppe van der Voort heeft meegewerkt, zijn gebaseerd op beelden en filmpjes van zonnevlekken die gedetailleerder zijn dan eerdere opnamen. De meest opmerkelijke ontdekking die daarbij aan het licht kwam is die van donkere kernen in de draderige structuur van de penumbra van zonnevlekken.

De Zweedse zonnetelescoop werd in maart 2002 in gebruik genomen. Het instrument heeft een lensobjectief met een opening van 1 meter en is zodanig ontworpen dat hij zo min mogelijk last heeft van luchtturbulenties die het beeld verstoren. In de kijkerbuis heerst een vacuüm en de vorm van een flexibele spiegel in de lichtbundel wordt duizend keer per seconde bijgesteld om atmosferische verstoringen te compenseren (adaptieve optiek). Het resultaat is een scheidend vermogen van 0,1" – anders gezegd: de telescoop kan details op de zon onderscheiden die niet groter zijn dan een kilometer of zeventig. Daarmee zijn de Zweedse beelden ongeveer tweemaal zo detailrijk als eerdere zonnefoto's. Striae Hoewel de vlekken op de zon al 400 jaar onderzocht worden, zijn er nog vele vragen over de manier waarop ze ontstaan. Vast staat dat het gebieden zijn waar sterke magnetische velden heersen. Zeker is ook dat ze koeler zijn dan het omringende zonsoppervlak, doordat de magnetische velden het opwellen van hete gassen uit het inwendige van de zon hinderen – dat is ook de reden waarom ze donker afsteken tegen de rest van de zon. Maar hoe ontstaan die sterke magnetische velden eigenlijk en waarom blijven ze soms vele weken lang in stand? En waarom zijn er ongeveer elke elf jaar extra veel zonnevlekken te zien?
Een grote zonnevlek bestaat uit een donkere kern of umbra, die het koelste gedeelte vormt. Eromheen is een iets lichter en dus heter gebied te zien: de penumbra. Deze penumbra kent een streperige structuur, striae geheten, die alleen op de meest detailrijke zonnefoto's te zien is. De penumbra heeft een dynamisch karakter: er is voortdurend beweging en waargenomen is hoe het hete zonnegas langs de striae stroomt. Er wordt wel gesteld dat de penumbra een belangrijke rol speelt bij het in stand houden van de zonnevlek, maar welk mechanisme daarvoor zorgt is onbekend.

Nieuwe opnamen

Telescopen als de Zweedse zonnetelescoop zijn speciaal gebouwd om het zonnevlekkenmechanisme nader te onderzoeken. Alleen met zulk grote instrumenten kan de draderige structuur van de penumbra in detail onderzocht worden.
De nieuwe opnamen van de zon wijzen erop dat de striae in het midden het donkerst zijn – ze hebben zogezegd een dunne, lange donkere kern. Ze lijken te ontspringen bij kleine heldere plekjes aan de randen van de umbra, die voortdurend in beweging zijn. De striae zijn bij hun bron ongeveer 150-180 km breed; de donkere kernen lijken een kilometer of 90 breed te zijn, maar dat komt dicht in de buurt van de beeldresolutie: ze zouden nog een stuk smaller kunnen zijn. Sommige van de 'draden' zijn meer dan duizend kilometer lang.
De ontdekking van de donkere kernen in de striae komt volkomen onverwacht en men weet ook nog niet hoe ze ontstaan. Het is überhaupt voor het eerst dat er een substructuur in de filamenten is waargenomen. Steeds als men de filamenten met nieuwe, betere instrumenten bekeek, bleken deze weer dunner te zijn dan men dacht. Sommige onderzoekers opperden dan ook het idee dat de filamenten in werkelijkheid maar enkele kilometers dik waren en dat ze nooit afzonderlijk waargenomen zouden worden. De nieuwe waarnemingen ontkrachten deze mening, hetgeen voor theoretici een belangrijk gegeven is bij het opstellen van nieuwe modellen voor de penumbra en zonnevlekken.

(Zenit, januari 2003)

Meer informatie: http://www.solarphysics.kva.se – op deze site zijn ook bewegende beelden van zonnevlekken te zien.

Opname van een zonnevlekkengroep die op 15 juli 2002 te zien was. De gele kleur op deze en de andere zonnefoto's is kunstmatig toegevoegd: de Zweedse zonnetelescoop maakt in feite zwartwitopnamen. De streepjes langs de rand staan 1000 km uit elkaar. (Foto: Koninklijke Zweedse Academie van de Wetenschappen)

Detail van de elders op deze pagina's afgebeelde zonnevlekkengroep. Door beeldbewerking achteraf is dit de meest gedetailleerde opname van de zon die tot nu toe gemaakt is. Duidelijk is te zien dat de penumbra uit talrijke filamenten is opgebouwd, die in het midden donkerder zijn dan aan de rand. In sommige gevallen beginnen de filamenten nog binnen de umbra. (Foto: Koninklijke Zweedse Academie van de Wetenschappen)

De Zweedse zonnetelescoop op La Palma.

Voorbeelden van nieuwe details in zonnevlekken die op de Zweedse opnamen te zien zijn. De panelen a, b en c laten kleine zonnevlekken ('poriën') zien die dunne haarlijntjes langs hun randen hebben. Het omringende zonsoppervlak laat donkere lijnen zien die men 'kanalen' noemt – de kanalen zijn het equivalent van de donkere banen tussen de granulen die elders op het zonsoppervlak worden waargenomen. Paneel d laat zien dat sommige filamenten in de penumbra gedraaid zijn. (Foto: Koninklijke Zweedse Akademie van de Wetenschappen; afstandstreepjes om de 1000 km)