De zon heeft ook zijn eigen “regen”: hij produceert geen noorderlicht, maar zijn plasmabogen verklaren verschijnselen die tot op aarde reiken.
De zon is geen onbeweeglijke, perfecte bol. Op het oppervlak en in de atmosfeer vinden extreme verschijnselen plaats die de intuïtie tarten. Een van de meest raadselachtige verschijnselen is de zonneregen, een fenomeen waarbij de zon zelf vurige plasma lijkt te “huilen”. Al jarenlang observeerden astronomen hoe massa’s kouder materiaal uit de corona, de buitenste laag van de zon, vielen, zonder helemaal te begrijpen waarom. Nu heeft een groep onderzoekers van de Universiteit van Hawaï de verklaring gevonden: het geheim zit hem in de veranderende samenstelling van de elementen van de zon.
De bevinding, gepubliceerd in The Astrophysical Journal, is ondertekend door Luke Fushimi Benavitz, Jeffrey Reep, Lucas Tarr en Andy To. Hun onderzoek toont aan dat de zonneregen niet alleen te wijten is aan temperatuurverschillen, maar aan iets subtielers en diepgaanders: de variabele abundantie van de chemische elementen waaruit het plasma bestaat. Deze ontdekking, die misschien een klein detail lijkt, dwingt ons om ons begrip van de zonnefysica te herzien en de erupties die aan de basis liggen van dit fenomeen opnieuw te modelleren.
Een even mooi als verontrustend fenomeen
Wanneer er een zonnevlam of uitbarsting plaatsvindt, stijgt het plasma via magnetische bogen tot duizenden kilometers boven het oppervlak. Daar beginnen sommige zones snel af te koelen en vormen ze filamenten van dichter en kouder materiaal die, wanneer ze hun steun verliezen, met grote snelheid terug naar het oppervlak vallen. Het is geen water of stoom, maar gloeiend hete materie die de lijnen van het magnetische veld volgt alsof het onzichtbare rivieren zijn.
Lange tijd slaagden computermodellen er niet in om deze regen te reproduceren. In theorie zou het plasma warm moeten blijven of gelijkmatig moeten afkoelen, zonder de condensatie te genereren die nodig is om “druppels” plasma te vormen. Iets in de simulaties klopte niet met wat de telescopen waarnamen. Wetenschappers vermoedden dat het probleem niet in de gegevens lag, maar in de aannames van het model.
Het artikel zelf wijst erop dat “het uitblijven van regen te wijten zou kunnen zijn aan een te grote vereenvoudiging van de fysica van de modellen van coronale lussen, met het gebruik van homogene en statische ruimtelijke abundantie”. Met andere woorden, de modellen behandelden de zon alsof de samenstelling ervan vast was, terwijl deze in werkelijkheid voortdurend verandert.
De aanwijzing zat in de elementen
De doorbraak van het Hawaiiaanse team bestond uit het introduceren van een revolutionair idee: dat de elementaire samenstelling van plasma niet uniform en permanent is, maar varieert in tijd en plaats. Die variatie verandert de manier waarop de zon energie uitstraalt en verliest, en dus ook hoe ze afkoelt. Om dit te testen, gebruikten de onderzoekers het simulatieprogramma HYDRAD, een hydrodynamisch model waarmee kan worden bestudeerd hoe plasma zich gedraagt binnen de magnetische lussen van de zon.
Wat ze ontdekten was verrassend. Toen ze deze samenstellingsfluctuaties aan de simulaties toevoegden, trad het fenomeen van de regen op natuurlijke wijze op. De condensaties vormden zich spontaan zonder dat er andere externe factoren hoefden te worden geïntroduceerd. Volgens hen “leidt het opnemen van ruimtelijk-temporele abundantie van elementen met een laag ionisatiepotentieel in simulaties van coronale lussen direct tot coronale condensaties, die anders afwezig zijn in impulsief verwarmde modellen”. Met andere woorden, de verandering in de hoeveelheid van bepaalde elementen – zoals ijzer, magnesium of silicium – is voldoende om de plasma-regens te genereren die voorheen niet konden worden verklaard.
De resultaten tonen ook aan dat deze veranderingen een directe invloed hebben op de straling. Wanneer de concentratie van elementen met een laag ionisatiepotentieel toeneemt, koelt het plasma veel sneller af, wat kan leiden tot een lokale thermische ineenstorting. Op dat moment ontstaat de regen: een stroom materie die langs de magnetische velden naar het zonneoppervlak daalt.
Een zon die van binnen verandert
De ontdekking breekt met een diepgeworteld idee: dat de zon chemisch stabiel is in haar atmosfeer. In werkelijkheid fluctueert haar samenstelling in realtime. De materiaalstromen die op en neer gaan tussen de chromosfeer en de corona veranderen de verhouding van de elementen en daarmee de energiebalans van het systeem. Deze interne dynamiek verklaart waarom de vaste modellen er niet in slaagden de zonneregen te reproduceren.
In een van de meest onthullende simulaties constateerden de onderzoekers dat het plasma dat uit de chromosfeer omhoog stijgt, dichter materiaal met zich meesleept, waardoor zones ontstaan waar de abundantie verandert en het energieverlies door straling omhoogschiet. Binnen enkele minuten daalt de temperatuur in die gebieden sterk en condenseert het plasma. Het resultaat is de vorming van een “druppel” die, aangetrokken door de zwaartekracht, weer naar het oppervlak valt.
De letterlijke zin uit de studie vat het nauwkeurig samen: “De ruimtelijk-temporele abundantie is van fundamenteel belang voor het begrijpen van de afkoeling van het plasma in de zonneatmosfeer en kan direct coronale regen veroorzaken”. Dit betekent dat de chemische samenstelling niet slechts een detail is, maar een bepalende factor om te begrijpen hoe de zon opwarmt, afkoelt en energie vrijgeeft.
Een verandering in de manier waarop het zonneklimaat wordt bestudeerd
Deze ontdekking lost niet alleen een esthetisch mysterie op, maar heeft ook praktische implicaties. Het ruimteweer, dat van invloed is op satellieten, communicatie en elektriciteitsnetwerken op aarde, is grotendeels afhankelijk van de activiteit van de zon. Als we precies kunnen begrijpen hoe en wanneer coronale regen ontstaat, kunnen wetenschappers de ontwikkeling van zonnevlammen en hun effecten op onze planeet beter voorspellen.
Het artikel benadrukt dat “variaties in de elementaire abundantie een fundamenteel kenmerk zijn van de zonnecorona en daarom noodzakelijk zijn om de straling nauwkeurig te modelleren”. Deze bewering opent een nieuw gebied in de zonnefysica: het is niet langer voldoende om temperaturen en dichtheden te meten, maar er moet ook rekening worden gehouden met de veranderende chemie van het zonneplasma.
Bovendien suggereert het nieuwe model dat de mechanismen die in de zon zijn ontdekt, ook op andere sterren kunnen worden toegepast. Veel sterren vertonen soortgelijke regenbuien, en inzicht in de rol van variabele abundantie zou kunnen helpen om de evolutie van sterren en het gedrag van kosmisch plasma beter te begrijpen.
De zon in een nieuw licht
Het werk van Benavitz en zijn collega’s is niet alleen een technische doorbraak, maar ook een uitnodiging om opnieuw na te denken over wat als bekend werd beschouwd. Jarenlang gingen zonnemodellen uit van een stabiliteit die nooit heeft bestaan. Dankzij deze studie blijkt de zon nu een dynamischer systeem te zijn, in voortdurende uitwisseling van materie en energie.
De nieuwe benadering biedt ook een manier om de discrepanties tussen observaties en theorieën over coronale opwarming, een van de grootste raadsels van de astrofysica, te herzien. Als de oude modellen de afkoeltijden hebben overschat, zoals dit werk suggereert, moeten veel ideeën over hoe de zon haar corona zo heet houdt, wellicht worden herzien.
Kortom, deze studie toont aan dat zelfs bij de meest geobserveerde objecten in het universum nog steeds ruimte is voor verrassingen. De zon brandt niet alleen, ze regent ook vuur, en in die regen ligt een van de sleutels tot haar veranderlijke aard verborgen.
Wat hebben zonneregen en het noorderlicht met elkaar te maken?
Hoewel beide afhankelijk zijn van de zon en magnetische velden, zijn het heel verschillende verschijnselen. Zonneregen vindt plaats in de zon zelf: het is oververhit plasma dat, wanneer het afkoelt in de corona, condenseert en weer naar het oppervlak valt als een stroom van gloeiende materie. Dit proces helpt wetenschappers te begrijpen hoe de zonneatmosfeer afkoelt en weer opwarmt.
Het noorder- en zuiderlicht daarentegen vindt plaats op aarde. Wanneer een zonnestorm geladen deeltjes de ruimte in slingert, bereiken sommige onze planeet en botsen ze met het magnetisch veld van de aarde. Bij het binnendringen in de atmosfeer prikkelen deze deeltjes de zuurstof- en stikstofatomen, die energie vrijgeven in de vorm van groene, rode en violette lichtjes.
Kortom, zonneregen is een intern schouwspel van de zon, terwijl het noorderlicht de lichtgevende reactie van de aarde op de zonneactiviteit is.
