Nieuws

De geheimen van de Zon: deel 1

Geplaatst op 02-07-2009 om 10u31 door Bert Carrein - 8224 keer gelezen
Nieuws

De zon is verreweg het meest opvallende hemellichaam. Het is dan ook niet verwonderlijk dat hij al in de oudste geschriften wordt genoemd. Er wordt dus al duizenden jaren over de zon geschreven, maar eigenlijk weten we nog maar kort wat zich op en in de zon afspeelt. En veel van de details zijn ook nu nog onduidelijk. Het lijkt erop dat Griekse geleerden ongeveer 2500 jaar geleden begonnen te vermoeden dat de zon een bolvormig hemellichaam is. Vóór die tijd werd de zon wel gezien als een heldere schijf of juist als een gat in een donkere bol die de aarde als middelpunt had.

Het was nog de tijd van het geocentrische wereldbeeld: de aarde stond stil en de rest van de kosmos – alle sterren, planeten, zon en maan – draaide er omheen. Het duurde heel lang voordat men begon te beseffen hoe groot de zon eigenlijk wel is. Dat kwam doordat men niet de geschikte instrumenten had om de afstanden binnen ons zonnestelsel te bepalen. Een van de eersten die een poging deed, was de Griek Aristarchus van Samos (3e eeuw v. Chr.). Uit metingen tijdens maansverduisteringen leidde Aristarchus af dat de zon ongeveer 19 keer zo ver weg stond als de maan en bijna 7 keer zo groot was als de aarde. Dat was veel te weinig.

In de 16e eeuw – bijna tweeduizend jaar later dus! – begonnen steeds meer geleerden zich te realiseren dat het heelal heel anders in elkaar stak dan men dacht. Bij nader inzien bleek de aarde, samen met de andere planeten, om de zon te draaien – en niet andersom. Maar nog steeds kwam men niet veel verder dan de getallen van Aristarchus...

Zonnevlekken

astronomie sterrenkunde ruimtevaart nieuwsIn de loop van de zeventiende eeuw kwam hier verandering in. Dat was vooral te danken aan de uitvinding van de telescoop, waarmee ook de eerste systematische waarnemingen van zonnevlekken werden gedaan. Doordat zonnevlekken soms groot genoeg zijn om (bij mistig weer of kort voor zonsondergang) met het blote oog zichtbaar te zijn, waren ze al vele eeuwen eerder waargenomen. Maar nu werd pas duidelijk dat er heel vaak vlekken op de zon te zien waren.

Rond 1610 waren er vier geleerden die, onafhankelijk van elkaar, met een telescoop naar de zon hadden gekeken. Dat waren Thomas Harriot in Londen, Johannes Fabricius (eigenlijk Johann Goldsmit) in Oost-Friesland (Duitsland), Galileo Galilei in Firenze (Italië) en Christoph Scheiner in Ingolstadt (Duitsland). Deze waarnemers hadden al snel in de gaten dat de zon veel te fel was om met een telescoop te bekijken. Daarom deden ze hun waarnemingen rond zonsopkomst of -ondergang of gebruikten ze donkerkleurig glas om het zonlicht af te zwakken (een zonnefilter dus!).

De zon draait

Scheiner en Galilei namen de zon regelmatig waar en daarbij bleek dat de zonnevlekken zich in de loop van de dagen langzaam verplaatsten. Scheiner geloofde niet dat de ‘volmaakte’ zon zulke rare donkere plekken kon vertonen en stelde voor dat het om kleine planeetjes zou gaan die vóór de zon langs bewogen. Galilei dacht daar anders over en verklaarde de verplaatsing terecht als een gevolg van de draaiing van de zon. Galilei was er dus van overtuigd dat de vlekken op de zon zélf zaten. Maar hij had geen idee wat het waren: hij vond ze nog het meest op wolken lijken. Dat klopte niet, maar toch wordt Galilei beschouwd als de eerste moderne ‘zonnekundige’.

De volgende die een poging waagde om de zonnevlekken te verklaren, was de Fransman René Descartes, die sinds 1628 in Holland woonde. Descartes kwam blijkbaar vaak in de keuken, want hij vergeleek de zon met een pan kokende soep. Volgens hem zouden er soms donkere ‘stukjes’ uit het inwendige van de zon naar boven borrelen en in een soort schuimlaag terechtkomen. Door het koken zou deze schuimlaag soms even oplossen, en konden de donkere stukjes weer wegzakken. Het lijkt een mal idee, de zon als een bol kokende soep, maar eigenlijk zat Descartes er niet eens zo ver naast. De ‘soep’ van de zon bestaat in werkelijkheid uit een massa van hete gassen (waterstof en helium), maar gedraagt zich wel degelijk als een kokende vloeistof – met opstijgende bellen!

Nieuwe getallen

De telescoop werd niet alleen gebruikt om zonnevlekken te bekijken. Je kunt zo’n instrument namelijk ook gebruiken om nauwkeurige hoekmetingen te doen. En dat was nu precies wat de sterrenkundigen nodig hadden om de afstanden tussen de planeten en de zon te bepalen. Tegen het einde van de zeventiende eeuw leverden de nieuwe metingen betere getallen op voor de grootte en afstand van de zon. Maar het duurde nog een hele tijd voordat de geleerden konden geloven dat de zon zó groot en zó ver weg was. Nú kun je in bijna elk sterrenkundeboek lezen dat de zon gemiddeld 149,6 miljoen kilometer van ons verwijderd is en een middellijn van 1,392 miljoen kilometer heeft. En omdat we er inmiddels achter zijn dat de volgende ster nog eens 250.000 keer zo ver weg staat, lijkt de zon helemaal zo ver weg niet meer...

Een nieuw probleem

Eindelijk wist men hoe ver en hoe groot de zon was. Dat gaf een nieuw probleem. De zon geeft blijkbaar enorm veel licht en warmte af, maar waar haalt hij al die energie vandaan? Halverwege de 18e eeuw dacht men nog dat de zon uit een ‘gewone’ brandstof zoals steenkool zou kunnen bestaan. Uit berekeningen bleek echter dat de zon dan al binnen een paar duizend jaar opgebrand zou moeten zijn. Dat kon niet kloppen, tenzij er voortdurend nieuwe brandstof werd aangevoerd, bijvoorbeeld in de vorm van meteorieten. Maar dat zouden dan wel erg veel meteorieten moeten zijn. Een betere verklaring ontstond tegen het einde van de 19e eeuw. Volgens de Duitse natuurkundige Hermann von Helmholtz en zijn Britse collega William Thomson zou de zon aan zijn energie kunnen komen door langzaam te krimpen. Hierdoor zou het gas in de zon steeds verder worden samengeperst en gaan gloeien. Uit berekeningen bleek dat de zon slechts enkele tientallen meters per jaar kleiner hoefde te worden om de huidige energieproductie te verklaren. De zon zou op die manier miljoenen jaren kunnen blijven schijnen.

Dat was een leuk idee, maar niet veel later ontdekte men dat sommige gesteenten op aarde minstens een miljard jaar oud waren. Er moest dus weer een andere verklaring worden gevonden voor de energie van de zon. Het zou nog tot 1926 duren voordat de Britse sterrenkundige Arthur Eddington met een beter idee kwam: de omzetting van massa in energie door middel van kernfusie. Eddington had zijn idee afgeleid van Albert Einsteins beroemde formule E = mc^2, maar zelfs hij wist nog niet precies hoe dat in zijn werk ging.

Wat is er te zien op de Zon?

Hoe ziet de zon er van de buitenkant uit? Op de meeste foto’s die in zichtbaar licht zijn gemaakt, ziet de zon eruit als een grote gele bol. Dit lijkt misschien een beetje raar, want de zon is immers een bol van gas. De gassen die we hier op de aarde tegenkomen, zoals bijvoorbeeld de lucht die wij ademen, zijn allemaal doorzichtig. Lucht kun je niet zien, omdat het licht er gewoon doorheen gaat. Maar het gas van de zon kunnen we zien, omdat het zelf licht uitstraalt. Midden in de zon is het gas heel erg dicht en heet. Daardoor wordt het licht dat in het binnenste van de zon wordt opgewekt op weg naar buiten steeds weer geabsorbeerd en later weer uitgezonden. Pas de buitenste laag van de zon is doorzichtig. Het licht dat hier wordt uitgezonden, kan niet meer worden geabsorbeerd en ontsnapt naar de ruimte.

Dat zien wij dan ook als ‘het oppervlak’ van de zon. Dit schilletje gas om de zon noemen we de fotosfeer (‘fotos’ is Grieks voor licht, dit is dus het gebied waar het licht vandaan komt). De fotosfeer is niet een saai egaal vlak. Als je de zon gaat waarnemen, zie je een heleboel bijzondere details, waarover we hier het een en ander zullen vertellen.

astronomie sterrenkunde ruimtevaart nieuws

Randverzwakking

Naar de rand toe lijkt de zon steeds donkerder te zijn. Dat komt doordat je aan de rand van de zon veel schuiner de fotosfeer in kijkt dan in het midden van de zonneschijf. Hierdoor kun je aan de rand veel minder diep de fotosfeer in kijken dan in het midden. Naar buiten toe wordt de fotosfeer steeds koeler en koelere gebieden lijken donkerder. Als je naar de rand van de zon kijkt, kijk je dus naar koelere gebieden. Daarom wordt de zon naar de rand steeds donkerder: we noemen dit de randverzwakking. Hieraan kun je goed zien dat de zon een gasbol is!

Zonnevlekken

astronomie sterrenkunde ruimtevaart nieuwsOp het oppervlak van de zon zie je ook een aantal donkere vlekken. De ene keer iets minder dan de andere keer. Een zonnevlek bestaat uit een donker centraal deel – de umbra, schaduw in het Latijn – en een minder donker gebied erom heen – de penumbra, bijschaduw in het Latijn. Dat deze gebieden donkerder zijn, heeft grofweg dezelfde oorzaak als de randverzwakking: je kijkt naar een koeler deel van de fotosfeer. De fotosfeer is zo’n 6000 graden. De penumbra is met 4500 graden iets koeler en de umbra van een zonnevlek is ‘maar’ 4000 graden. De umbra ligt ook iets lager dan de fotosfeer. Het is een soort kuil van zo’n 600 km diep. De penumbra is de helling van de kuil: deze verbindt de umbra met de rest van de fotosfeer. Je kunt je dus ook voorstellen dat als je er erg schuin op kijkt (dus als de zonnevlek aan de rand van de zon zit), de penumbra aan de ene kant (naar de buitenkant van de zon) breder lijkt en dat deze aan de kant van het centrum van de zon smaller lijkt. Dit is inderdaad te zien op de zon en dit wordt het Wilsoneffect genoemd. Hoe zonnevlekken ontstaan, wordt uitgelegd in het hoofdstuk ‘De zon van binnen’. Kort gezegd komt het er op neer dat sterke bundels magnetische velden kunnen voorkomen dat hete bellen opstijgen uit het binnenste van de zon, waardoor het oppervlak afkoelt.

Zonnevlekken komen meestal in groepjes voor. Die groepen bestaan dan vaak uit twee grote vlekken en een hele hoop kleinere vlekjes zonder penumbra. Dat het veelal twee grote vlekken zijn, heeft te maken met het magnetische veld waardoor ze worden veroorzaakt. Zoals je misschien wel weet, hebben magneten een noord- en een zuidpool. Een van de vlekken dient dan ook als noordpool en de andere als zuidpool! Zonnevlekken leven niet oneindig lang. De aanblik van de zon is dan ook altijd weer anders. De allerkleinste vlekjes ontstaan en vergaan alweer na enkele uren. De grootste exemplaren houden het soms weken vol. Groepen bestaan vaak nog langer dan de afzonderlijke vlekken. Het is dan ook heel interessant om een bepaalde vlekkengroep een poosje te volgen!

Bron: The Guidestar: http://www.astro-event-group.be (JWG)

Gerelateerde berichten

Lees ook: Het butterfly-effect
Lees ook: Sigmoïden op de zon verklaard?
Lees ook: De hevigheid van het zonnemaximum
Lees ook: "Hoge zonne-activiteit doet Aarde afkoelen"
Lees ook: Komeetstaart meegesleurd door zonnedeeltjes
Lees ook: Het zonneminimum blijft maar duren

Bekijk alle berichten uit deze categorie.