De zon bereikt de piek van haar activiteit dit

De zon bereikt de piek van haar activiteit – dit is hoe dat meer poollicht en zonnestormen kan veroorzaken

Veel meer mensen over de hele wereld dan normaal konden onlangs het noorder- en zuiderlicht met het blote oog zien. Deze ongewone gebeurtenis werd veroorzaakt door een zeer sterke zonnestorm, die de beweging van het magnetische veld van de aarde beïnvloedde.

De Zon bereikt het maximale punt van activiteit in een 11-jarige cyclus. Dit betekent dat we meer explosieve uitstoten van deeltjes kunnen verwachten. Onder de juiste omstandigheden genereren deze uiteindelijk de mooie aurora’s aan de hemel, evenals de geomagnetische stormen die schade kunnen toebrengen aan infrastructuur zoals elektriciteitsnetten en satellieten.

Dus wat gebeurt er eigenlijk om deze fenomenen te veroorzaken? Het noorderlicht en zuiderlicht zijn meestal beperkt tot zeer hoge en zeer lage breedtegraden. Hoogenergetische deeltjes van de zon stromen naar de aarde, geleid door het magnetisch veld van de zon. Ze worden overgebracht naar het magnetische veld van de aarde in een proces dat bekend staat als reconnectie.

Deze echt snelle en hete deeltjes sprinten dan langs de magnetische veldlijnen van de aarde – de krachtrichting van een magneet – totdat ze een neutraal, koud atmosferisch deeltje raken, zoals zuurstof, waterstof of stikstof. Op dit punt gaat een deel van die energie verloren – en dit verwarmt de lokale omgeving.

De atmosferische deeltjes houden er echter niet van om energetisch te zijn, dus geven ze een deel van deze energie af in het zichtbare licht. Afhankelijk van welk element te heet is, zie je een andere reeks golflengten – en dus kleuren – in het zichtbare licht van het elektromagnetische spectrum. Dit is de bron van de aurora’s die we kunnen zien op hoge breedtegraden en, tijdens sterke zonnegebeurtenissen, ook op lagere breedtegraden.

Het blauw en paars in het poollicht komt van stikstof, terwijl het groen en rood van zuurstof komen. Dit specifieke proces gebeurt de hele tijd, maar omdat het magnetische veld van de aarde de vorm heeft van een staafmagneet, bevindt het gebied dat door de binnenkomende deeltjes van energie wordt voorzien zich op zeer hoge en lage breedtegraden (poolcirkel of Antarctica in het algemeen).

Wat is er dan gebeurd waardoor we het noorderlicht veel zuidelijker op het noordelijk halfrond kunnen zien?

Je herinnert je misschien nog wel dat je op school ijzervijlsel op een papier boven op een magneet strooide om te zien hoe het zich verhoudt tot het magnetische veld. Je kunt het experiment meerdere keren herhalen en telkens dezelfde vorm zien.

Het magnetisch veld van de aarde is ook constant, maar kan worden samengedrukt en losgelaten afhankelijk van hoe sterk de zon is. Een gemakkelijke manier om hierover na te denken is door je twee half opgeblazen ballonnen voor te stellen die tegen elkaar worden gedrukt.

Als je de ene ballon opblaast door er meer gas aan toe te voegen, zal de druk toenemen en de kleinere ballon naar achteren duwen. Als je dat extra gas loslaat, ontspant de kleinere ballon en duwt hij weer naar buiten.

Voor ons geldt dat hoe sterker deze druk is, hoe dichter bij de evenaar de relevante magnetische veldlijnen worden geduwd, wat betekent dat er poollicht te zien is.

Uitzonderlijke stormen

Hier komen ook de potentiële problemen om de hoek kijken: een bewegend magnetisch veld kan een stroom opwekken in alles wat elektriciteit geleidt.

Bij moderne infrastructuur worden de grootste stromen opgewekt in elektriciteitsleidingen, treinsporen en ondergrondse pijpleidingen. De snelheid van deze beweging is ook belangrijk en wordt bijgehouden door te meten hoe verstoord het magnetische veld is ten opzichte van “normaal”. Eén zo’n maat die door onderzoekers wordt gebruikt, heet de verstoorde stormtijdindex.

Volgens deze maatstaf waren de geomagnetische stormen van 10 en 11 mei uitzonderlijk sterk. Bij zo’n sterke storm bestaat het gevaar dat er elektrische stromen worden opgewekt. Elektriciteitskabels lopen het meeste risico, maar hebben geprofiteerd van beveiligingen die in elektriciteitscentrales zijn ingebouwd. Deze zijn al in gebruik sinds de geomagnetische storm van 1989 die een stroomtransformator in Quebec, Canada deed smelten, waardoor de stroom urenlang uitviel.

Meer in gevaar zijn metalen pijpleidingen die corroderen wanneer er elektrische stroom doorheen wordt geleid. Dit is geen onmiddellijk effect, maar er is een langzame opbouw van eroderend materiaal. Dit kan een zeer sterk effect hebben op de infrastructuur, maar is erg moeilijk te detecteren.

Stromingen op de grond zijn al een probleem, maar in de ruimte zijn ze een nog grotere uitdaging. Satellieten hebben een beperkte hoeveelheid aarding en een elektrische piek kan instrumenten en communicatie vernietigen. Wanneer een satelliet op deze manier de communicatie verliest, wordt dit een zombiesatelliet genoemd en gaat deze vaak volledig verloren – wat een zeer groot investeringsverlies veroorzaakt.

De veranderingen in het magnetisch veld van de aarde kunnen ook het licht beïnvloeden dat er doorheen gaat. We kunnen deze verandering niet zien, maar de nauwkeurigheid van GPS-locatiesystemen kan sterk worden beïnvloed, omdat een locatiebepaling afhankelijk is van de tijd die verstrijkt tussen je apparaat en een satelliet. De toename in elektronendichtheid (het aantal deeltjes dat het signaal in de weg zit) zorgt ervoor dat de golf afbuigt, waardoor het langer duurt om je apparaat te bereiken.

Dezelfde veranderingen kunnen ook van invloed zijn op de bandbreedtesnelheid van satellietinternet en de stralingsgordels van de planeet. Dit is een torus van zeer energierijke geladen deeltjes, voornamelijk elektronen, op ongeveer 13.000 km afstand van het oppervlak. Een geomagnetische storm kan deze deeltjes in de lagere atmosfeer duwen. Hier kunnen de deeltjes interfereren met hoogfrequente (HF) radio die door vliegtuigen wordt gebruikt en de ozonconcentratie beïnvloeden.

Aurora’s zijn niet beperkt tot de aarde – veel planeten hebben ze en ze kunnen ons veel vertellen over de magnetische velden die op die hemellichamen bestaan. Een bepaald apparaat dat wordt gebruikt om poollicht te simuleren is een “planeterella”, voor het eerst ontwikkeld in het begin van 1900 door de Noorse wetenschapper Kristian Birkeland.

Een magnetische bol (die de aarde voorstelt) wordt in een vacuümkamer geplaatst en de zonnewind wordt gesimuleerd door elektronen op de bol af te vuren. We hebben twee van deze instrumenten in het Verenigd Koninkrijk op universiteiten en hier op de Nottingham Trent University heb ik onlangs een student geholpen bij het bouwen van een budgetversie als masterproject.

Door de magnetische veldsterkte en de afstand tussen objecten te veranderen, kun je zien hoe poollicht verandert. De emissie is voornamelijk paars, zoals je zou verwachten in een 72% stikstofatmosfeer. Er verschijnt een sterke emissiering rond de top, waar het poollicht op aarde te zien zou zijn, en deze ring beweegt op en neer in de breedte afhankelijk van de magnetische veldsterkte.

Als natuurlijke gebeurtenis is poollicht een wonder. Maar nog beter is dat we met elke sterke geomagnetische storm verbeteringen aanbrengen die ons helpen beschermen tegen mogelijke schade door toekomstige gebeurtenissen.

Ian Whittaker werkt niet voor, heeft geen adviesfuncties, bezit geen aandelen in en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel en heeft geen relevante banden buiten zijn academische aanstelling bekendgemaakt.

Ubergeek Loves Coolblue

Zou je na het lezen van deze artikel een product willen aanschaffen?
Bezoek dan Coolblue en ontdek hun uitgebreide assortiment.