Deel 3 – De Zon De zonneactiviteit is het geheel aan fenomenen waarbij energie op een impulsieve manier wordt vrijgegeven in de zonneatmosfeer, en die.

Presentatie over: "Deel 3 – De Zon De zonneactiviteit is het geheel aan fenomenen waarbij energie op een impulsieve manier wordt vrijgegeven in de zonneatmosfeer, en die."— Transcript van de presentatie:

1 Deel 3 – De Zon De zonneactiviteit is het geheel aan fenomenen waarbij energie op een impulsieve manier wordt vrijgegeven in de zonneatmosfeer, en die gegenereerd wordt door de evolutie en brutale transformatie van magneetvelden die doorheen het zonneoppervlak lopen. Ze veroorzaakt impulsieve variaties in de zonne-emissies: –Productie van deeltjesjets over een breed energiegamma (tot aan het relativistisch regime)‏ –Intense stralingsuitbarstingen over het gehele electromagnetische spectrum, in het bijzonder in het UV, X- en gamma-stralen, en radio- stralen (met golflengten van centimeters tot decameter). Het activiteitsniveau is gemoduleerd over een cyclus van 11 jaar De meest intense zonneactiviteit wordt gelinkt aan actieve gebieden, met een hoge concentratie magneetvelden die zonnevlammen genereren. Ze uit zich ook in coronale massa-uitstoten (CME’s)‏ Zonneactiviteit: definitie 2) De zonneactiviteit Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

2 Deel 3 – De Zon Zonnevlammen: eigenschappen Een zonnevlam bestaat uit een brutale en kortstondige verhitting van een beperkt plasmavolume van de zonneatmosfeer, dat tot minstens 10 7 K wordt verhit. Deze verhitting is een gevolg van een snelle herschikking of reorganisatie van het magneetveld. De studie van de zonnevlammen is een onderzoeksdomein dat centraal staat in de zonnefysica: Slechts weinig waarnemingen geven een onmiddellijke aanwijzing over de oorsprong en het mechanisme dat gepaard gaat met het vrijgeven van de energie: vele modellen zijn al naar voor geschoven, maar de beperkingen op de waarnemingen laten nog niet toe om de modellen te valideren en af te werken. Daarentegen, een groot aantal waarnemingen toont waar en hoe de energie wordt verspreid: waarnemingen spelen dus een centrale rol in het bepalen van de gevolgen van zonnevlammen. Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

3 Deel 3 – De Zon De eerste waarnemingen van zonnevlammen dateren van midden 19 e eeuw: het gaat om uitbarstingen in wit licht (fotosfeer). Zulke uitbarstingen komen zelden voor. De vlammen komen steeds voor in actieve gebieden (vlekkengroepen), met een sterk magneetveld (≥ 0.1T = 100 Gauss). De frequentie van de zonnevlammen bereikt een maximum tijdens de groeifase van een groep, dit om 2 redenen: Het verschijnen van nieuwe magnetische flux, Het complexer worden van het magneetveld. De globale frequentie van de zonnevlammen wordt gemoduleerd door de zonnecyclus. Verscheidene tientallen vlammen per dag zijn mogelijk tijdens het maximum. Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

4 Deel 3 – De Zon Enkele referentiegegevens (Kracht)‏ –Totaal verbruikte kracht op Aarde: 1,6 10 13 W –Totale zonnekracht beschikbaar op Aarde: 1.740 10 17 W (10000 x wereldverbruik)‏ Enkele referentiegegevens (Energie)‏ –Jaarlijks wereldverbruik (2005): 5 10 20 J (Belgie: 0.5% van het totaal)‏ –Vulkanische uitbarsting: 10 18 J EnergieMinTyp.Max Zonnevlam (erg)‏10 26 10 29 10 32 Zonnevlam (J)‏10 19 10 22 10 25 Wereldproduktie energie voor7 dagen20 jaar20 000 jaar Totaal energieverbruik in België voor4 jaar4 000 jaar4 miljoen jaar Vulkaanuitbarstingen1010 00010 miljoen Waterstofbommen (20 MT)‏100100 000100 miljoen KrachtMinTyp.Max Uitbarsting erg/s10 25 10 27 10 29 Uitbarsting Watt10 18 10 20 10 22 Totaal verbruikte kracht (wereld)‏50 0005 miljoen500 miljoen Zonnekracht op Aarde550050 000 Energetische eigenschappen van zonnevlammen Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

5 Deel 3 – De Zon De tijdsvariaties zijn zeer verschillend als functie van de golflengte: men heeft verschillende fases: Voorloper: –Kleine uitbarsting van energie. –Verhoogde emissie van zachte radio en X-stralen. Impulsieve fase: –Explosieve energie-injectie en versnelling van deeltjesbundels. –Korte impuls van radio stralen (type III), harde X-stralen en γ-stralen. –Snelle en herhaalde opflakkering (enkele milliseconden tot 10s)‏ –Tijdspanne: 1 tot 10min. Hoofd – of uitgebreide fase: –Energie-uitstoot. –Geleidelijke evolutie. –Maximum, dan afname van de coronale (continuum, radio, UV, zachte X-stralen) en chromosferische (Hα) emissies. –Thermische straling als gevolg van de verhitting van de corona en de chromosfeer door botsen van versnelde deeltjes. –Tijdspanne : enkele minuten tot verschillende uren. Zonnevlam: scenario Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

6 Deel 3 – De Zon Zonnevlammen: morfologie De emissies zijn afkomstig uit alle lagen van de zonneatmosfeer en zijn dus gelinkt aan verschillende structuren die betrokken zijn bij de uitbarsting. Fotosfeer: –Het is zelden het geval dat er emissies waargenomen worden ter hoogte van de fotosfeer. Ze komen dan overeen met die van de chromosfeer. Chromosfeer: –Tijdens een uitbarsting verschijnen heldere fakkelvelden in de omgeving van een neutrale magnetische lijn die vlekken met tegengestelde polariteit van elkaar scheidt. –Typische toename van de intensiteit met een factor groter dan 3 (tot 10), in vergelijking met een ‘rustige’ chromosfeer. Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

7 Deel 3 – De Zon De zonnevlam verschijnt meestal in de vorm van een heldere ‘double ribbon’, één ribbon aan elke kant van een neutrale lijn: Ze is ook vaak vergezeld met een uitbarsting van een protuberans die op deze lijn ligt. De ribbons zijn onzichtbaar aan de rand van de Zon – ze bevinden zich dus op het oppervlak. Net na de maximum intensiteit worden lussen gevormd, die de 2 ribbons verbinden. Ze vormen de basis van een magnetisch gewelf. Men spreekt van een ‘dubble ribbon’ uitbarstingen. Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

8 Deel 3 – De Zon BBSO Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

9 Deel 3 – De Zon Corona: In de corona produceert de zonnevlam een zeer lokale en kortstondige « flash ». Afhankelijk van de golflengte kan de intensiteit met een factor 100 tot meer dan 1 000 vergroten. Coronale bogen verdwijnen, wat wijst op een vermoedelijke herorganisatie van de magneetvelden. Dit is de impulsieve fase. Voor enkele intense zonnevlammen zal een schokgolf zich voortplanten vanaf de plaats van oorsprong. Daarna zal, gedurende enkele tientallen minuten, een gewelf van heldere lussen zich ontwikkelen, boven de neutrale magnetische lijn. Dit is de uitgebreide fase. Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

10 Deel 3 – De Zon Reeks intense uitbarstingen van oktober – november 2003 SOHO/EIT: 19.5nm, T= 1.5x10 6 K Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

11 Deel 3 – De Zon Dubbele uitbarsting van 15 april 2001 (gelinkte uitbarsting)‏ TRACE: 17.1nm, T=1x10 6 K Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

12 Deel 3 – De Zon Zonnevlammen: basismodel Slechts een enkel mechanisme is in staat om de brutale en plaatselijke verspreiding van energie tijdens een vlam te produceren: magnetische kortsluiting. Dit proces verloopt in 3 fasen: 1. Ophoping van energie: potentiële magnetische energie wordt geleidelijk aan opgebouwd in de vorm van druk en torsie van magnetische veldlijnen. Deze veldlijnen worden inderdaad meegesleurd en uitgerokken door de convectieve bewegingen van de fotosfeer (zie ook de granulatie) en nieuwe velden die verschijnen temidden van de reeds bestaande magnetische lussen. Versnelling van protonen en electronen Snelle electronen Radio stralen (cm)‏ Harde X-stralen CORONA CHROMOSFEER FOTOSFEER Stroomvlak Vorming van nieuwe lussen Lussen met emissie in zachte X- straling Lussen met emissie in H-alfa Uitbarsting in wit licht Fig.: P. Lantos Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

13 Deel 3 – De Zon Zonnevlammen: basismodel 2. Kortsluiting: Daar waar de krachtvelden elkaar naderen, aan de top van een lus, vormen zich zeer dunne stroomvlakken ( < 100 meter?). Door een kortsluitingseffect wordt de energie bevrijd, waardoor de plasmadeeltjes worden versneld tot snelheden die de lichtsnelheid benaderen. Dat is de uitbarsting. Het onstabiel geworden magneetveld herorganiseert zich (her- aanhechting tussen verschillende krachtlijnen) om een structuur te vormen van lagere energie (ontspanning). Versnelling van protonen en electronen Snelle electronen Radio stralen (cm)‏ Harde X-stralen CORONA CHROMOSFEER FOTOSFEER Stroomvlak Vorming van nieuwe lussen Lussen met emissie in zachte X- straling Lussen met emissie in H-alfa Uitbarsting in wit licht Fig.: P. Lantos Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

14 Deel 3 – De Zon Zonnevlammen: basismodel 3. Verspreiding: De versnelde deeltjes verplaatsen zich langs de magneetveldlijnen, gedeeltelijk omhoog, gedeeltelijk omlaag: –Bombardement en verhitting van de corona en de chromosfeer ter hoogte van de basis van de lussen (ribbons). –Bundels van electronen en protonen worden van de Zon weggeslingerd met snelheden die een fractie van de lichtsnelheid bereiken. Deze deeltjes kunnen verscheidene storingen ter hoogte van de Aarde veroorzaken. Versnelling van protonen en electronen Snelle electronen Radio stralen (cm)‏ Harde X-stralen CORONA CHROMOSFEER FOTOSFEER Stroomvlak Vorming van nieuwe lussen Lussen met emissie in zachte X- stralen Lussen met emissie in H-alfa Uitbarsting in wit licht Fig.: P. Lantos Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

15 Deel 3 – De Zon Zonnevlammen: klassen De voornaamste referentiemeting dat op dit ogenblik wordt gebruikt is de globale X-stralen flux gemeten door GOES (meteo-satelliet NOAA): de klasseverdeling is gebaseerd op de vergrotingsfactor van de X-flux in het spectraalbereik (1 tot 8 Å). Deze kan oplopen tot 10000 (typisch 10 tot 100). Voorbeeld: Uitbarsting X17 van 21 april 2002. KlasseMaximum Flux log 10 (P) in Wm -2 A-8 B-7 C-6 M-5 X-4 De macht van 10 bepaalt de klasse. De mantisse wordt aan de klasse toegevoegd om de maximale intensiteit beter te specifieren. Voorbeelden: P=3.7 x10 -6 W/m 2 C3.7 P=2.2 x10 -4 W/m 2 X2.2 Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten

16 Deel 3 – De Zon Protonuitbarstingen Bij enkele intense zonnevlammen worden massaal energetische protonen geproduceerd (energie: 30 MeV tot 1 GeV). Dit zijn protonuitbarstingen. Deze protonen komen een tiental minuten later aan op Aarde, en de protonflux vermeerdert dan met een factor 100 tot 10 000. Deze gebeurtenissen veroorzaken zware pannes aan ruimtesystemen. Gecertifie. opleiding «Concepten en methodologiën van de Aard- en Ruimtewetenschappen» - technische experten