Er gebeurt meer op de zon dan je denkt: veertig jaar aan data geeft ons een kijkje onder het oppervlak

Is de zon wel zo stabiel als ze lijkt? Wie naar de ultieme lichtbron in ons zonnestelsel kijkt, ziet een ogenschijnlijk constante factor die alle leven mogelijk maakt. Maar schijn bedriegt. Er gebeurt meer onder het oppervlak van die gigantische, hete plasmabol dan je zou denken.

Uit een analyse van meer dan veertig jaar aan astronomische data blijkt dat het inwendige van de zon subtiele veranderingen doormaakt. Rustige periodes worden afgewisseld door wildere episodes. Wetenschappers van de University of Birmingham en Yale University concluderen dat kleine verschillen in magnetische activiteit meetbare sporen achterlaten in het binnenste van de zon.

Zonnecycli

Elke elf jaar doorloopt de zon een cyclus van magnetische activiteit. Tijdens het zogeheten zonneminimum is ze op haar kalmst: er zijn weinig zonnevlekken, de magnetische velden zijn zwakker en het oppervlak is relatief egaal. Maar wat gebeurt er onder die rustige buitenste schil?

Om dat te achterhalen maakten de onderzoekers gebruik van zes telescopen verspreid over de wereld, het zogenoemde Birmingham Solar-Oscillations Network (BiSON). Daarmee namen ze vier opeenvolgende zonneminima onder de loep die tussen zonnecyclus 21 en 25 plaatsvonden.

Luisteren naar een trillende ster

Zo luisterden ze als het ware naar de zon. In het binnenste ontstaan namelijk minuscule trillingen: dit zijn geluidsgolven die gevangen zitten in het plasma en de ster zachtjes heen en weer laten bewegen. Door deze trillingen te analyseren, een vakgebied dat bekendstaat als helioseismologie, kun je afleiden wat er zich onder het oppervlak afspeelt. Het is voor het eerst dat vier opeenvolgende zonneminima op deze manier rechtstreeks met elkaar zijn vergeleken.

Opvallend minimum

De onderzoekers zochten onder meer naar een karakteristieke glitch in de geluidsgolven. Die ontstaat wanneer helium in de zon twee elektronen verliest, een proces dat de geluidssnelheid plaatselijk verandert. Ook vergeleken ze hun metingen met computermodellen waarin de interne omstandigheden van de zon licht aangepast waren op zoek naar de beste match. Eén periode sprong er duidelijk uit: het minimum van 2008/2009, tussen cyclus 23 en 24. Dit minimum stond al bekend als erg lang en rustig, maar nu blijkt dat er ook binnenin de zon in dit tijdsbestek bijzondere dingen gebeurden.

Helium-glitch

De zogeheten helium-glitch was in deze periode veel sterker dan tijdens de andere drie minima. Het team concludeerde dan ook dat ze met een structurele afwijking te maken hadden. In de buitenlagen van de zon werd ook nog eens een hogere geluidssnelheid gemeten. Dit duidt op hogere gasdruk, een hogere temperatuur en zwakkere magnetische velden.

“Voor het eerst hebben we nauwkeurig kunnen becijferen hoe de interne structuur van de zon verschuift van het ene minimum naar het volgende”, vat onderzoeker Bill Chaplin van de University of Birmingham samen. “De buitenlagen maken een subtiele verandering door tijdens de cycli, dat wisten we al. Het is nu ook duidelijk geworden dat diepe, extreem rustige minima een meetbare vingerafdruk achterlaten in het inwendige van de zon.”

Aards belang

De resultaten zijn niet alleen interessant voor sterrenkundigen. De activiteit van de zon veroorzaakt ook ruimteweer. Dit zijn uitbarstingen van energierijke deeltjes en straling die op gezette tijden de Aarde treffen. Zonnestormen kunnen radiocommunicatie verstoren, GPS-signalen ontregelen, elektriciteitsnetten ontwrichten en communicatiesatellieten beschadigen.

“Het is erg belangrijk dat we begrijpen wat er onder het oppervlak van de zon gebeurt tijdens rustige periodes”, zegt onderzoeker Sarbani Basu van Yale University. “Dat gedrag bepaalt in sterke mate hoe krachtig de volgende zonnecyclus gaat zijn.”

Chaplin roemt BiSON en de kracht van langlopende waarnemingen. Met toekomstige missies zoals PLATO van de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA) kunnen dezelfde technieken worden toegepast op andere zonachtige sterren. Zo zijn we in staat om beter te begrijpen hoe sterren veranderen en hoe ze hun omgeving beïnvloeden, inclusief de planeten die om de sterren heen draaien.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Ring van vuur en oude sterren: DECam legt bijzonder sterrenstelsel bloot en Deze gigantische zonnevlekkengroep, 15x groter dan de aarde, is zelfs te zien vanaf Mars. Of lees dit artikel: Het is druk op de zon: 11 zonnevlekkengroepen zichtbaar.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: