Hoe zonnevlammen werken

Een plotselinge flits van helderheid op het oppervlak van de zon wordt een zonnevlam genoemd. Als het effect wordt waargenomen op een ster naast de zon, wordt het fenomeen een stellaire flare genoemd. Een stellaire of zonnevlam geeft een enorme hoeveelheid energie vrij, meestal in de orde van 1 × 10²⁵ joules, over een breed spectrum van golflengten en deeltjes. Deze hoeveelheid energie is vergelijkbaar met de explosie van 1 miljard megaton TNT of tien miljoen vulkaanuitbarstingen. Naast licht kan een zonnevlam atomen, elektronen en ionen de ruimte inwerpen in wat een coronale massa-ejectie wordt genoemd. Wanneer deeltjes worden vrijgegeven door de zon, kunnen ze de aarde binnen een dag of twee bereiken. Gelukkig kan de massa in elke richting naar buiten worden uitgestoten, zodat de aarde niet altijd wordt beïnvloed. Helaas kunnen wetenschappers geen fakkels voorspellen, alleen een waarschuwing geven als er een is opgetreden.

De krachtigste zonnevlam was de eerste die werd waargenomen. Het evenement vond plaats op 1 september 1859 en wordt de Solar Storm van 1859 of het "Carrington Event" genoemd. Het werd onafhankelijk gerapporteerd door astronoom Richard Carrington en Richard Hodgson. Deze gloed was zichtbaar voor het blote oog, zette telegraafsystemen in brand en produceerde aurora's helemaal tot aan Hawaii en Cuba. Hoewel wetenschappers destijds niet in staat waren om de sterkte van de zonnevlam te meten, konden moderne wetenschappers de gebeurtenis reconstrueren op basis van nitraat en de isotoop beryllium-10 geproduceerd uit de straling. In wezen werd het bewijs van de overstraling bewaard in ijs in Groenland.

Hoe een zonnevlam werkt

Sterren bestaan ​​net als planeten uit meerdere lagen. In het geval van een zonnevlam worden alle lagen van de atmosfeer van de zon beïnvloed. Met andere woorden, energie komt vrij uit de fotosfeer, chromosfeer en corona. Fakkels treden meestal op in de buurt van zonnevlekken, gebieden met intense magnetische velden. Deze velden verbinden de atmosfeer van de zon met het interieur. Er wordt aangenomen dat fakkels het gevolg zijn van een proces dat magnetische heraansluiting wordt genoemd, wanneer lussen van magnetische kracht uit elkaar vallen, weer samenkomen en energie vrijgeven. Wanneer magnetische energie plotseling wordt vrijgegeven door de corona (wat in enkele minuten plotseling betekent), worden licht en deeltjes versneld naar de ruimte. De bron van de vrijgekomen materie lijkt materiaal te zijn van het niet-verbonden schroefvormige magnetische veld, maar wetenschappers hebben niet volledig uitgewerkt hoe flares werken en waarom er soms meer vrijgegeven deeltjes zijn dan de hoeveelheid in een coronale lus. Plasma in het getroffen gebied bereikt temperaturen in de orde van tientallen miljoenen Kelvin, die bijna net zo heet is als de kern van de zon. De elektronen, protonen en ionen worden versneld door de intense energie tot bijna de snelheid van het licht. Elektromagnetische straling bestrijkt het hele spectrum, van gammastraling tot radiogolven. De energie die vrijkomt in het zichtbare deel van het spectrum maakt sommige zonnevlammen met het blote oog waarneembaar, maar de meeste energie valt buiten het zichtbare bereik, dus vlammen worden waargenomen met behulp van wetenschappelijke instrumenten. Of een zonnevlam al dan niet gepaard gaat met een coronale massa-uitstoot is niet gemakkelijk voorspelbaar. Zonnevlammen kunnen ook een flare-spray afgeven, waarbij materiaal wordt uitgestoten dat sneller is dan een prominente positie op zonne-energie. Deeltjes die vrijkomen uit een flare-spray kunnen een snelheid bereiken van 20 tot 200 kilometer per seconde (kps). Om dit in perspectief te plaatsen, is de snelheid van het licht 299,7 kps!

Hoe vaak komen zonnevlammen voor?

Kleinere zonnevlammen komen vaker voor dan grote. De frequentie van elke opflakkering hangt af van de activiteit van de zon. Na de 11-jarige zonnecyclus kunnen er meerdere fakkels per dag zijn tijdens een actief deel van de cyclus, vergeleken met minder dan één per week tijdens een rustige fase. Tijdens piekactiviteit kunnen er 20 fakkels per dag zijn en meer dan 100 per week.

Hoe zonnevlammen worden geclassificeerd

Een eerdere methode voor de classificatie van zonnevlammen was gebaseerd op de intensiteit van de Hα-lijn van het zonnespectrum. Het moderne classificatiesysteem categoriseert fakkels op basis van hun piekflux van 100 tot 800 picometer-röntgenstralen, zoals waargenomen door het GOES-ruimtevaartuig dat rond de aarde draait.

Classificatie	Piekflux (watt per vierkante meter)
EEN	< 10-7
B	10-7 - 10-6
C	10-6 - 10-5
M	10-5 - 10-4
X	> 10-4

Elke categorie wordt verder op een lineaire schaal gerangschikt, zodat een X2-flare twee keer zo krachtig is als een X1-flare.

Gewone risico's van zonnevlammen

Zonnevlammen produceren wat zonneweer op aarde wordt genoemd. De zonnewind beïnvloedt de magnetosfeer van de aarde, produceert aurora borealis en australis en vormt een stralingsrisico voor satellieten, ruimtevaartuigen en astronauten. Het grootste risico bestaat voor objecten in een lage baan om de aarde, maar coronale massa-uitstoot door zonnevlammen kan energiesystemen op aarde uitschakelen en satellieten volledig uitschakelen. Als satellieten naar beneden zouden komen, zouden mobiele telefoons en GPS-systemen zonder service zijn. Het ultraviolette licht en de röntgenstralen die vrijkomen door een flare verstoren de langeafstandsradio en verhogen waarschijnlijk het risico op zonnebrand en kanker.

Kon een zonnevlam de aarde vernietigen?

In één woord: ja. Terwijl de planeet zelf een ontmoeting met een "superflare" zou overleven, zou de atmosfeer kunnen worden gebombardeerd met straling en zou al het leven kunnen worden vernietigd. Wetenschappers hebben het vrijkomen van superflares van andere sterren waargenomen tot 10.000 keer krachtiger dan een typische zonnevlam. Hoewel de meeste van deze flares voorkomen in sterren met krachtigere magnetische velden dan onze zon, is de ster ongeveer 10% van de tijd vergelijkbaar met of zwakker dan de zon. Uit het bestuderen van boomringen geloven onderzoekers dat de Aarde twee kleine superflares heeft ervaren - een in 773 G.T. en een andere in 993 G.T. Het is mogelijk dat we ongeveer eens per millennium een ​​superflare kunnen verwachten. De kans op een uitstervingsniveau superflare is onbekend.

Zelfs normale fakkels kunnen verwoestende gevolgen hebben. NASA onthulde dat de aarde een catastrofale zonnevlam op 23 juli 2012 heeft gemist. Als de gloed een week eerder had plaatsgevonden, toen deze rechtstreeks op ons was gericht, zou de samenleving zijn teruggeslagen naar de donkere middeleeuwen. De intense straling zou elektrische netwerken, communicatie en GPS op een wereldwijde schaal hebben uitgeschakeld.

Hoe waarschijnlijk is een dergelijke gebeurtenis in de toekomst? Natuurkundige Pete Rile berekent de kans op een storende zonnevlam 12% per 10 jaar is.

Hoe zonnevlammen te voorspellen

Op dit moment kunnen wetenschappers een zonnevlam niet met enige mate van nauwkeurigheid voorspellen. Hoge zonnevlekactiviteit wordt echter geassocieerd met een verhoogde kans op flare-productie. Observatie van zonnevlekken, met name het type deltaplekken, wordt gebruikt om de waarschijnlijkheid van een opflakkering te berekenen en hoe sterk deze zal zijn. Als een sterke overstraling (M- of X-klasse) wordt voorspeld, geeft de Amerikaanse National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) een voorspelling / waarschuwing. Meestal zorgt de waarschuwing voor 1-2 dagen voorbereiding. Als een zonnevlam en coronale massa-uitstoot optreden, hangt de ernst van de invloed van de vlam op de aarde af van het type deeltjes dat wordt vrijgegeven en hoe direct de vlam naar de aarde kijkt.

bronnen

• "Big Sunspot 1520 brengt X1.4-klasse flare vrij met Earth-Directed CME". NASA. 12 juli 2012.
• "Beschrijving van een enkelvoudige verschijning gezien in de zon op 1 september 1859", maandelijkse kennisgevingen van de Royal Astronomical Society, v20, pp13 +, 1859.
• Karoff, Christoffer. "Observatie bewijs voor verbeterde magnetische activiteit van superflare sterren." Nature Communications volume 7, Mads Faurschou Knudsen, Peter De Cat, et al., Artikelnummer: 11058, 24 maart 2016.