Sonde Solar Orbiter legt de polen van de zon vast

De Solar Orbiter-sonde was het eerste instrument in de geschiedenis dat de polen van onze dagster observeerde. Dit zal ons helpen het magnetische veld van de zon, de activiteitscycli en het ruimteweer beter te begrijpen. Deskundigen van het Ruimteonderzoekscentrum van de Poolse Academie van Wetenschappen waren betrokken bij de ontwikkeling van de sonde.

Alle planeten van het zonnestelsel, evenals de sondes die dit stelsel doorkruisen, bewegen zich in banen die op één vlak liggen: het zogenaamde eclipticavlak. Een uitzondering hierop is de Europees-Amerikaanse sonde Solar Orbiter, waarvan de baan opzettelijk schuin naar dit vlak is gericht om observatie van de polen van de zon mogelijk te maken.

Toen de video van het ruimtevaartuig werd opgenomen, observeerde Solar Orbiter de zon onder een hoek van 17 graden, waardoor de zuidpool van de ster kon worden vastgelegd.

"Voor het eerst in de geschiedenis zien we de zuidpool van de zon onder een hoek van 17 graden, veel groter dan we vanaf de aarde kunnen zien. Dit betekent minder verkorting, een beter zicht op de pool en meer informatie waar we al een generatie op wachten", aldus Dr. Tomasz Mrozek, heliofysicus van het Solar Physics Team van het CBK PAN in Wrocław, die voor PAP aan de missie werkt.

Volgens hem is dit nog maar het begin. "In de komende jaren zullen volgende Venus-zwaartekrachtsassistenties Solar Orbiter nog hoger boven de ecliptica brengen en zullen we de polen onder een hoek van meer dan 30 graden zien. Waarnemingen van de polen zullen ons in de eerste plaats in staat stellen om (letterlijk) zwarte vlekken uit modellen van de zon te verwijderen. Tot nu toe moesten we uitgaan van de omstandigheden op deze plaatsen, zonder precies te weten hoe de gebieden rond de polen er werkelijk uitzien. Dankzij de nieuwe gegevens zal de kwaliteit van de modellen van de 11-jarige activiteit van de zon aanzienlijk verbeteren en zal ons begrip van het zonnemagnetisme completer worden", voegde Dr. Mrozek eraan toe.

De directeur Wetenschap van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA), prof. Carole Mundell, geciteerd in het persbericht, wees erop dat de zon onze dichtstbijzijnde ster is, de bron van leven, maar ook een potentiële bedreiging vormt voor moderne energiesystemen in de ruimte en op aarde. "Daarom is het zo belangrijk dat we begrijpen hoe de zon werkt en leren hoe we haar gedrag kunnen voorspellen. Deze nieuwe, unieke beelden van onze Solar Orbiter-missie luiden een nieuw tijdperk van zonneonderzoek in", benadrukte ze.

De verzameling beelden die door het ruimtevaartuig zijn teruggestuurd, toont de zuidpool van de zon, vastgelegd op 16 en 17 maart. Destijds observeerde het ruimtevaartuig de ster vanuit een hoek van 15 graden onder de zonne-evenaar, de eerste waarneming vanuit zo'n grote hoek – slechts enkele dagen voordat de ster zijn huidige maximum van 17 graden bereikte.

De beelden zijn gemaakt door de drie wetenschappelijke instrumenten van het ruimtevaartuig: de Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI), de Extreme Ultraviolet Imager (EUI) en de Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE).

PHI brengt de zon in zichtbaar licht in beeld en brengt het magnetische veld aan het oppervlak in kaart. EUI toont de zon in ultraviolet licht, waardoor het geladen gas van een miljoen graden in de corona van de zon zichtbaar wordt. SPICE registreert daarentegen het licht dat wordt uitgezonden door geladen gas bij verschillende temperaturen boven het oppervlak van de zon, waardoor de verschillende lagen van de atmosfeer zichtbaar worden.

Door de complementaire waarnemingen van de drie instrumenten te analyseren, kunnen wetenschappers leren hoe materiaal zich door de buitenste lagen van de zon beweegt. Dit zou onverwachte structuren kunnen onthullen, zoals polaire wervelingen – wervelende gasmassa's vergelijkbaar met die rond de polen van Venus en Saturnus.

Deze baanbrekende waarnemingen hebben ook implicaties voor het begrip van het magnetische veld van de zon en waarom het ongeveer elke 11 jaar omkeert, samenvallend met de piekactiviteit van de ster. Huidige modellen en voorspellingen van de zonnecyclus kunnen nog steeds niet nauwkeurig voorspellen wanneer en met welke intensiteit de zon zijn piekactiviteit zal bereiken.

Een van de eerste wetenschappelijke ontdekkingen die uit de nieuwe waarnemingen is voortgekomen, is dat het magnetische veld van de zon op dit moment chaotisch is in het gebied van de zuidpool.

Terwijl een gewone magneet een duidelijk gedefinieerde noord- en zuidpool heeft, tonen magnetische veldmetingen van het PHI-instrument aan dat de zuidpool van de zon tegelijkertijd zowel een noord- als een zuidmagneetveld heeft.

Dit fenomeen doet zich slechts gedurende een korte tijd voor in elke zonnecyclus: tijdens het zonnemaximum, wanneer het magnetische veld van de zon omkeert. Na deze omkering zou één polariteit dominant moeten worden en uiteindelijk de polen van de zon overnemen.

Ondertussen zal de zon over ongeveer 5 tot 6 jaar het volgende zonneminimum bereiken: een periode waarin het magnetische veld het meest geordend is en het activiteitsniveau het laagst.

"Hoe deze polarisatie ontstaat, wordt nog niet volledig begrepen. Daarom arriveerde Solar Orbiter op het perfecte moment op hoge breedtegraden om het hele proces vanuit een uniek perspectief te observeren", aldus missiewetenschapper Prof. Sami Solanki.

De sterkste magnetische velden komen voor in twee banden aan weerszijden van de evenaar van de zon, legden de wetenschappers uit. De donkerrode en donkerblauwe gebieden geven actieve gebieden aan, waar het magnetische veld geconcentreerd is in zonnevlekken in de fotosfeer.

Ondertussen zijn zowel de zuid- als noordpool van de zon bezaaid met rode en blauwe vlekken. Dit laat zien dat het magnetische veld van de zon op kleine schaal een complexe en voortdurend veranderende structuur heeft.

Tegelijkertijd mat het SPICE-instrument nauwkeurig de snelheid waarmee de zonnemateriaalklonten zich bewogen. De resulterende snelheidskaart laat zien hoe het zonnemateriaal zich in een specifieke laag van de zon beweegt.

Het is ook cruciaal dat de gebruikte dopplermetingen onthullen hoe deeltjes door de zon worden uitgestoten in de vorm van de zonnewind. Het begrijpen van het mechanisme achter de vorming van de zonnewind is een van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van de Solar Orbiter-missie.

Dit zijn slechts de eerste waarnemingen die Solar Orbiter vanuit zijn nieuwe, hellende baan heeft gedaan. De volledige dataset van de eerste volledige flyby van pool tot pool zal naar verwachting in oktober van dit jaar beschikbaar zijn. In de daaropvolgende jaren zullen alle tien wetenschappelijke instrumenten van het ruimtevaartuig gegevens verzamelen.

Deskundigen van het Ruimteonderzoekscentrum van de Poolse Academie van Wetenschappen, die betrokken waren bij de ontwikkeling van de sonde, werkten mee aan het onderzoek en de technische werkzaamheden voor de STIX-röntgenspectrometer (röntgenspectrometer/telescoop). Dit instrument is verantwoordelijk voor het observeren van versnelde elektronen: het bepaalt het tijdstip en de bron van hun emissie, de intensiteit en spectrale kenmerken. Gegevens verkregen met STIX helpen bij het verklaren van het mechanisme van elektronenversnelling op de zon en hoe ze in de interplanetaire ruimte worden getransporteerd.

Deskundigen van CBK PAN namen deel aan de ontwikkeling van de gegevensverwerkingseenheid van dit instrument (inclusief elektronica en een deel van de software). Zij creëerden een behuizing voor de gegevensverwerkingseenheid en voor de voeding die door de Tsjechische groep werd geleverd, en voerden thermische modellering uit van het STIX-instrument en zijn subsystemen.

Marek Matacz (PAP)

mat/ bar/