12 januari 2001
: Ik hoor zeggen, ik lees dat men niet weet waarom de zonnekorona, de gassige omgeving van de zon, een temperatuur heeft van ongeveer een miljoen graden, terwijl zijn oppervlak maar op zesduizend graden staat. Deze ochtend komt een idee naar voren
Het is een feit van observatie: de zon emiteert periodiek grote plasma-ogen. De aankoppelpunten van deze ogen op het oppervlak van de zon zijn de zonnevlekken. Het plasma rond de zon bevindt zich in een toestand, tenzij ik me vergis, van "hoge magnetische Reynolds-getal". Dat wil zeggen dat de magnetische veldlijnen "bevroren" ("frozen in") zijn in het plasma. Stel je voor dat vrouwenhaar in een zwembad zit en een kam die het gladstrijkt. Het haar en de kam zijn nauw met elkaar verbonden. Een trekt de ander mee, en omgekeerd.
Deze plasma-ogen, een nieuw observatiefeit, reiken ver uit, en vervolgens ontbinden ze zich. In de afbeelding rechts zijn schematisch de magnetische veldlijnen weergegeven. Op elk punt in de ruimte kan aan de waarde van B een overeenkomstige waarde van de "magnetische druk" worden gekoppeld, aangegeven.
Er is ook behoud van magnetisch flux:
De waarde van het magnetische veld is dus maximaal in de buurt van de zonnevlekken en minimaal op het punt van maximale uitbreiding van de boog. Hierdoor ontstaat een gradient van het magnetisch veld. De boog werkt dan als een natuurlijke versneller voor geladen deeltjes. Het gas zal dus van het oppervlak van de zon, van elk zonnevlek, loskomen en, aangedreven door deze veldgradient, die veel groter is dan de zwaartekracht, omhoog stijgen en versnellen naar de regio met minimaal magnetisch veld, waar de boog het meest uitgestrekt is en waar de doorsnede het grootst is. Deze massa's plasma zouden volgens mij dus kunnen botsen. Het resultaat zou dan de omzetting zijn van magnetische energie (die nodig was om de twee massa's plasma te versnellen) in thermische energie. De volgende afbeelding illustreert het concept. De versnelling van deeltjes door een gradient van magnetische druk, vooral op zeer grote afstanden, is een zeer efficiënt proces. Alles hierboven zou kunnen worden geïmplementeerd in een numerieke simulatie, nauwkeuriger gemodelleerd, maar ik denk dat dit fenomeen een verklaring zou kunnen zijn voor deze verwarming van de korona. Moet men niet vergeten dat de thermische bewegingssnelheid evenredig is met de wortel uit de temperatuur, dus dat een stijging van 6000 naar een miljoen graden slechts een factor 12 oplevert in de thermische bewegingssnelheid.
Daarbij, waar de plasma-massa's botsen (zouden deze boogvormige structuren dan het toneel zijn van zeer interessante magnetohydrodynamische fenomenen), kan de druk in het plasma zo groot worden dat het loskomt uit de beperking die wordt veroorzaakt door het bundel van magnetische veldlijnen. Hierdoor ontstaat een ontbinding van deze boogvormige structuren, waardoor hun heet inhoud vrijkomt. Daarna zijn er twee scenario's. Een matige verwarming zou de gassige omgeving van de zon, haar korona, voeden. Het gas dat op het oppervlak van de zon zit, is daar aan het oppervlak geplakt. Bij zesduizend graden is de thermische bewegingssnelheid aanzienlijk lager dan de snelheid die een deeltje nodig heeft om zich aanzienlijk van het oppervlak van de zon te verwijderen. Daarom is het oppervlak vrijwel een bolvorm. Maar de snellere deeltjes, versneld in de boogvormige structuren en vrijgekomen bij hun ontbinding, vormen dan de "atmosfeer van de zon", die zich uitstrekt tot veel grotere afstanden.
Krachtigere zonneuitbarstingen (die eigenlijk het secundaire effect zijn van een instabiliteit van magnetohydrodynamische aard, MHD, bij hoog magnetisch Reynolds-getal) geven... de sterrenwind (in het geval van de zon: de zonnewind). Bovendien is bekend dat een grote hoeveelheid zonnevlekken synoniem is met een intensief bombardement van de aarde door gas uitgezonden door de zon.
Voor niet-specialisten in plasmafysica kan deze versnelling door een gradient van het magnetisch veld misschien iets lastig te begrijpen zijn. Maar veel mensen kennen wel de "magnetosfeer" van de aarde:
Links: de aardbol met zijn magnetisch dipoolas, schuin geplaatst. De "magnetische noordpool" van de aarde is in feite een zuidpool, omdat deze de noordpolen van kompassen aantrekt. Geladen deeltjes (vooral elektronen) die door de zon worden uitgezonden (zonnewind) worden gevangen in het netwerk van magnetische veldlijnen van de aarde. Rechts: ze bewegen heen en weer tussen gebieden met hoge veldsterkte, terwijl ze rond deze veldlijnen in een spiraal bewegen. Deze spiraalvormige banen geven op een bepaalde manier weer hoe dit plasma aan het magnetisch veld is gekoppeld. Dit plasma, dat de zogenaamde "Van Allen-banden" vormt (naar de astronoom die ze ontdekte), beweegt heen en weer tussen de noordelijke en zuidelijke gebieden van de aarde, waarbij de deeltjes worden teruggeduwd zoals een tennisracket (door simpelweg het effect van de gradient van magnetische druk). In de plasmafysica noemt men dit een "magnetisch spiegel-effect" (magnetic mirror). Links: de "staart" van de aardmagnetosfeer, tegenover de zon.
In normale toestand keren de geladen deeltjes om op zeer grote hoogte, boven de aardatmosfeer, waarvan men de grens kan stellen op een hoogte van 80 km. Wanneer een bijzonder krachtige uitbarsting van zonnewind de aarde bereikt, kunnen de deeltjes, ondanks het remmende effect van de gradient van het magnetisch veld, toch doordringen in de hogere atmosfeer, en alle astronomen weten dat dit de oorzaak is van het verschijnsel van de noorderlichten. Een Van Allen-baan is dus een structuur die mij lijkt vergelijkbaar met deze boogvormige structuren die overeenkomen met zonneuitbarstingen, althans onder bepaalde aspecten.
Nou ja, het lijkt me een idee om verder te onderzoeken. Maar ik heb zoveel te doen......
Zie het dossier "De woede van de Zon", van 16 september 2005
Terug naar het overzicht Wetenschap