Europese ruimtesonde vindt bewijs waarom zonnewind duizelingwekkende snelheden haalt en heter is dan verwacht

De zonnewind kennen we hier op aarde vooral door het noorderlicht. De groene, rood of paars-roze gloed aan de hemel ontstaat wanneer geladen deeltjes (plasma) van de zon tegen onze atmosfeer knallen. Ze doen dat met gigantische snelheden. Veel sneller dan verwacht.

"De zonnewind kan snelheden van meer dan 500 kilometer per seconde, zo'n 1,8 miljoen kilometer per uur, halen. Nochtans vertrekt de wind met lagere snelheden vanaf de zon. Er moet dus iets zijn dat de zonnewind onderweg versnelt", klinkt het in een persbericht van het Europese ruimtevaartagentschap ESA.

De zonnewind koelt onderweg ook af. Maar wanneer hij de aarde bereikt, is hij nog altijd bijna 10 keer heter dan verwacht, met een temperatuur van zo'n 100.000 tot 200.000 graden Celsius.

Waar die energie vandaan komt, was lange tijd onzeker. Waarnemingen van de Europese ruimtesonde Solar Orbiter en de Amerikaanse sonde Parker Solar Probe, die rond de zon vliegen, kunnen nu de vermoedens uit eerder onderzoek bevestigen.

"Het is de eerste keer dat ze effectief metingen ter plaatse hebben kunnen doen", zegt zonnefysicus David Berghmans van de Koninklijke Sterrenwacht van België. "Je zou dus kunnen zeggen dat er nu echt sluitend bewijs is. Al moeten er nog meer metingen komen om te controleren of de resultaten altijd kloppen."

Al is dat niet evident. De Solar Orbiter en Parker Solar Probe draaien allebei rond de zon. Maar niet in dezelfde baan en op dezelfde afstand. Om metingen uit te voeren van dezelfde zonnewind moeten de 2 ruimtetuigen op 1 lijn staan, en dat gebeurt niet elke dag.

Dat was in februari 2022 het geval. De stroom aan geladen zonnedeeltjes passeerde eerst langs de Parker Probe, op dat moment op 'amper' 9 miljoen kilometer van de zon. 2 dagen later langs de Solar Orbiter, toen op 89 miljoen kilometer afstand van de zon.

Toen de zonnewind langs de Parker Solar Probe vloog, had die een snelheid van 390 km per seconde en een temperatuur van 1,4 miljoen graden Celsius. Toen hij de 2e sonde bereikte, was de wind versneld tot 510 km per seconde en afgekoeld tot 200.000 graden.

Experimenten en theoretisch onderzoek hadden al aan het licht gebracht dat zogenaamde Alfvén-golven, schommelingen in het magnetisch veld van de zon, waarschijnlijk de energie leveren aan de zonnewind.

"Maar we hadden nog geen definitief bewijs", zegt astrofysicus Yeimy Rivera van het Amerikaanse Center for Astrophysics en hoofdauteur van het onderzoek. "Zonder deze heel speciale opstelling van de 2 ruimtesondes zou het nooit gelukt zijn."

Alfvén-golven zijn krachtige, magnetische golven die heen en weer bewegen tussen de buitenste laag en het oppervlak van de zon. Het zijn ook die Alfvén-golven die kunnen verklaren waarom de atmosfeer van de zon zoveel heter is dan het oppervlak.

Wanneer een gas wordt verwarmd tot buitengewone temperaturen, zoals in de atmosfeer van de zon, komt het in een geëlektrificeerde toestand die bekend staat als plasma en reageert het op magnetische velden. Hierdoor kunnen golven, Alfvén-golven genaamd, zich vormen in het magnetisch veld. Deze golven slaan energie op en kunnen deze efficiënt door een plasma transporteren.

Een normaal gas drukt zijn opgeslagen energie uit in de vorm van dichtheid, temperatuur en snelheid. Bij een plasma slaat het magnetisch veld echter ook energie op. Zowel de Solar Orbiter als de Parker Solar Probe bevatten de nodige instrumenten om de eigenschappen van het plasma te meten, inclusief het magnetisch veld. 

De onderzoekers konden meten hoeveel energie er in het magnetisch veld van de zonnewind was opgeslagen. Ze ontdekten dat dicht bij de zon, wanneer de zonnewind de Parker Solar Probe passeerde, het magnetisch veld zo'n 10 procent van de totale energie bevatte.

Toen de wind voorbij Solar Orbiter passeerde was dat nog 1 procent. De onderzoekers konden zo besluiten dat de verloren magnetische energie de zonnewind had versneld en de afkoeling vertraagd, door zelf warmte af te geven.