Kleine plasmajets op de zon, die met snelheden van een paar honderd kilometer per uur vanuit de corona de ruimte in razen, zouden de lang gezochte bron van de zonnewind kunnen zijn. Een team onderzoekers onder leiding van het Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Duitsland rapporteerde op 24 augustus 2023 in het tijdschrift Science dat een groot aantal van zulke kleine jets te vinden zijn in hogeresolutiebeelden van een coronaal gat die in maart 2022 zijn gemaakt door ESA's Solar Orbiter ruimtevaartuig.
Coronale gaten verschijnen als donkere gebieden in beelden van de corona en worden verondersteld een beginpunt van de zonnewind te zijn. Uit de analyses blijkt nu dat de plasmastralen weliswaar vaak voorkomen, maar dat ze na korte tijd weer afbreken. Dit suggereert dat, bij nader inzien, de zonnewind geen uniforme uitstroom van deeltjes is, maar zeer intermitterend op kleine schaal begint.
De Zon zendt niet alleen straling de ruimte in, maar spuwt ook een stroom geladen deeltjes zoals protonen en elektronen uit. Afhankelijk van de activiteit van de zon varieert deze zonnewind in sterkte, maar hij staat nooit helemaal stil. De snelste deeltjes van de zonnewind bereiken supersonische snelheden van meer dan 500 kilometer per seconde. Coronale gaten zijn een brongebied van de zonnewind. Op beelden van de corona in ultraviolet licht zijn deze "gaten" te zien als donkere gebieden. Daar buigen de veldlijnen van het magnetische veld van de zon niet in een lus terug naar de zon, maar strekken ze zich uit tot in de interplanetaire ruimte. De beelden van Solar Orbiter, die het onderzoeksteam nu heeft geanalyseerd, tonen zo'n coronaal gat in ongekend detail en met een snelle opeenvolging van beelden.
Op het moment dat de foto's werden genomen op 30 maart 2022, had Solar Orbiter het dichtstbijzijnde punt van de zon bereikt in zijn zeer elliptische baan. Vanaf een afstand van slechts ongeveer 50 miljoen kilometer tuurde het ruimteschip naar de corona van de zon vanaf een kortere afstand dan al zijn voorgangers. Ongeveer een half uur lang kon de Extreme-Ultraviolet Imager (EUI), die deels ontwikkeld en gebouwd werd bij het MPS, een coronaal gat in de buurt van de zuidpool waarnemen.
"Hoe de Zon er precies in slaagt om de zonnewind met hoge snelheid de ruimte in te sturen is tot nu toe onduidelijk. De unieke beelden van Solar Orbiter bieden ons de mogelijkheid om de brongebieden van de zonnewind beter dan ooit tevoren te bekijken, waardoor we dit proces beter kunnen begrijpen," legt MPS-wetenschapper Dr. Lakshmi Pradeep Chitta, hoofdauteur van het nieuwe onderzoek, uit.
Kleine uitbarstingen met enorme impact
De beelden laten een groot aantal kleine straalstromen zien die met een snelheid van een paar honderd kilometer per seconde van de zon afkomen. Ze zijn een paar 100 kilometer breed, langwerpig of Y-vormig en vrij kortstondig: ze verdwijnen na ongeveer 20 tot 100 seconden. De energie die elke individuele straal transporteert is ook vrij klein: ongeveer een triljoenste van de energie die vrijkomt bij de grootste explosies in ons zonnestelsel, de zogenaamde X-klasse zonnevlammen. Daarom noemen onderzoekers ze picoflare-jets. Naar aardse maatstaven is deze hoeveelheid energie niettemin enorm: het komt ongeveer overeen met de hoeveelheid energie die 10.000 huishoudens in Duitsland in een jaar verbruiken.
Samen leveren de picoflare-jets waarschijnlijk een groot deel van de energie die nodig is om zonnewinddeeltjes te lanceren op hun supersonische reis door de ruimte. "Hoewel de jets die we nu hebben ontdekt klein zijn en sporadisch voorkomen," zei Chitta, "lijken ze een veel voorkomend fenomeen te zijn en zijn ze vrijwel alomtegenwoordig in het waargenomen coronale gat." Picoflare jets kunnen worden veroorzaakt door een lokale herstructurering van het magnetisch veld van de zon. Het is bekend dat grotere, vergelijkbaar gevormde jets ontstaan wanneer open en gesloten veldlijnen van het magnetisch veld van de zon op elkaar inwerken en herschikken, waarbij energie vrijkomt.
Deeltjesstroom met een fijne structuur
Traditioneel werd gedacht dat de zonnewind een homogene deeltjesstroom was die alleen over lange perioden fluctueerde. De nieuwe resultaten tarten dit beeld. Zoals nu blijkt uit de waarnemingen van Solar Orbiter met hoge resolutie in tijd en ruimte, lijkt de zonnewind te ontstaan in de vorm van vele kleine jets die variëren op kleine schalen - vergelijkbaar met hoe de meeste rivieren hun reis beginnen als verschillende kleine kreekjes en stromen vanaf bergtoppen.
"Hoe nauwkeuriger we de corona van de zon bekijken met Solar Orbiter, hoe meer we ontdekken welke cruciale rol de kleinste structuren en processen spelen bij het begrijpen van onze ster," aldus medeauteur prof. dr. Hardi Peter van het MPS. De onderzoekers denken dat het mogelijk is dat er nog kleinere jets of zwakkere uitbarstingen aan het werk zijn, die zelfs voor het oog van Solar Orbiter verborgen blijven. Ze hopen nu meer te weten te komen over de picoflare-jets naarmate de missie vordert. De komende jaren zal Solar Orbiter stap voor stap het eclipticavlak verlaten en zo een steeds beter zicht krijgen op de polaire gebieden van de zon en de coronale gaten daar.
Bron: Max Planck Institute for Solar System Research
