Solar Orbiter ontdekt kleine jets, mogelijk de oorsprong van de zonnewind

ESA’s ruimtesonde Solar Orbiter heeft talrijke kleine jets ontdekt die uit de buitenatmosfeer van de zon (de corona) ontsnappen. Elke jet duurt 20 tot 100 seconden en stoot plasma uit met een snelheid van ongeveer 100 km per seconde. Deze jets zouden de lang gezochte bron van de ‘zonnewind’ kunnen zijn.

De zonnewind bestaat uit geladen deeltjes, plasma genaamd, die voortdurend aan de zon ontsnappen en het zonnestelsel instromen. De interactie tussen de zonnewind en het magnetische veld van de aarde resulteert in het kleurrijke poollicht. Al tientallen jaren proberen onderzoekers te begrijpen hoe de zonnewind wordt opgewekt, en waar dit precies gebeurt in de atmosfeer van de zon. Recente waarnemingen met de EUI-telescoop (Extreme Ultraviolet Imager) aan boord van Solar Orbiter hebben de oplossing van dit raadsel nu een belangrijke stap dichterbij gebracht.

EUI is een telescoop die de zon in extreem ultraviolet licht observeert met een ongeëvenaard hoge resolutie en beeldfrequentie. De Koninklijke Sterrenwacht van België beheert het instrument. EUI-waarnemingen van de zuidpool van de zon op 30 maart 2022 onthullen een groot aantal zwakke, kortstondige verschijnselen die gerelateerd blijken te zijn aan kleine plasma-jets van een miljoen graden heet en die worden uitgestoten vanuit de atmosfeer van de zon. De resultaten staan in een artikel dat onlangs werd gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Science.

Onderzoekers weten al tientallen jaren dat een aanzienlijk deel van de zonnewind afkomstig is uit zogenaamde ‘coronale gaten’. Dit zijn gebieden in de zonneatmosfeer waar het magnetische veld van de zon niet terug de zon in draait maar zich uitstrekt tot diep in het zonnestelsel. Plasma stroomt langs deze ‘open’ magnetische veldlijnen de ruimte in. Maar de vraag was: hoe wordt het plasma gelanceerd? De traditionele veronderstelling was dat, omdat de corona zo heet is, het van nature uitzet en zo voor een deel langs de open magnetische veldlijnen kan ontsnappen, waardoor de zonnewind ontstaat.

“In tegenstelling tot wat tot nu toe werd aangenomen, tonen onze resultaten aan dat deze stroom voor het grootste deel niet stabiel en uniform is. Het grote aantal jets suggereert eerder dat de zonnewind uit coronale gaten zou kunnen ontstaan als een zeer fluctuerende uitstroom,” zegt Andrei Zhukov van de Koninklijke Sterrenwacht van België, die mee de analyse van deze unieke waarnemingen leidde.

Dat de kleine jets in relatief grote aantallen bestaan, in verschillende structuren van de zonneatmosfeer, suggereert dat ze verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk deel van het materiaal dat we in de zonnewind zien. Bovendien is het waarschijnlijk dat er nog kleinere en nog frequentere jets zijn die, allemaal tesamen, nog meer bijdragen. “Ik denk dat het een belangrijke stap is dat we zeer kleine uitstoten in de corona hebben gevonden die zeker bijdragen aan de zonnewind,” zegt David Berghmans van de Koninklijke Sterrenwacht van België en hoofdonderzoeker voor het EUI-instrument.

In de komende jaren zal EUI deze kleine jets vanuit een beter perspectief kunnen bestuderen dan nu het geval is. De baan van Solar Orbiter zal namelijk geleidelijk aan zodanig kantelen dat de ruimtesonde een steeds beter zicht krijgt op de poolgebieden van de zon. Omdat dit werk verder gaat dan ons eigen zonnestelsel, wordt er met spanning uitgekeken naar nieuwe inzichten die deze waarnemingen kunnen verschaffen. De zon is de enige ster waarvan we de atmosfeer zo gedetailleerd kunnen observeren, maar het is waarschijnlijk dat hetzelfde proces ook op andere sterren actief is. Dat betekent dus dat deze waarnemingen aan de basis liggen van de ontdekking van een fundamenteel astrofysisch proces.

Het artikel:
“Picoflare jets power the solar wind emerging from a coronal hole on the Sun” door L. P. Chitta et al. is gepubliceerd in Science, vol. 381, issue 6660, pages 867-872, doi: doi: 10.1126/science.ade5801.

Meer details in het ESA-verhaal: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter/Solar_Orbiter_discovers_tiny_jets_that_could_power_the_solar_wind.

Solar Orbiter is een ruimtemissie van internationale samenwerking tussen ESA en NASA en wordt beheerd door ESA. Het EUI-instrument werd gebouwd door een internationaal consortium onder leiding van het Centre Spatial de Liège en wordt sinds de lancering (2020) uitgebaat door de Koninlijke Sterrenwacht van België, met financiering van het Belgisch Federaal Wetenschapsbeleid (BELSPO).

Deze video is gemaakt door de EUI-telescoop aan boord van ESA’s Solar Orbiter ruimtesonde. Het toont een ‘coronaal gat’ in de buurt van de zuidpool van de zon, waargenomen op 30 maart 2022. In een coronaal gat keert het magneetveld van de zon niet terug naar de zon, maar strekt het zich uit doorheen het zonnestelsel. Analyse van deze beelden heeft een overvloed aan kleine jets onthuld. Ze zijn te zien als kleine strepen van helder licht over het beeld. Elke jet stoot een hoeveelheid geladen deeltjes, bekend als plasma, de ruimte in. Deze jets zouden de bron kunnen zijn van de zonnewind, de constante uitstroom van geladen deeltjes die van de zon het zonnestelsel instroomt. Magnetische structuren die bekend staan als coronale gaten zijn een brongebied van de zonnewind. Hier keert het magnetische veld van de zon niet terug naar de zon. In plaats daarvan strekt het zich uit tot in het zonnestelsel. Het zou kunnen dat de kleine jets die op deze foto’s zijn ontdekt, het plasma lanceren dat de zonnewind voedt, terwijl ze van de zon weg bewegen. De cirkel geeft de grootte van de aarde aan voor de schaal.