lezine Arnhem09-10-12

1. De veranderlijke zon
Actieve gebieden; de dynamo; Grote
Episoden en de overgangen ertussen
C. de Jager

2. Een bol van 1,4 miljoen km diameter;
200 000 maal de aardmassa

3. Zeer stabiele lichtbron
Maar helderheid neemt langzaam
toe: 0,15 % per miljoen jaren

4. Zonnestraling neemt gestaag toe
• Slechts 0,15% per miljoen jaren
• Maar zo ontvangt de aarde wel steeds meer
stralingsenergie en wordt ze gestaag warmer
• Na 300 miljoen jaren is de gemiddelde
aardtemperatuur ca. 50 graden Celsius
• En na 600 miljoen jaar is dat 100 graden
• Over 5 miljard jaar straalt de zon duizend maal
feller dan nu het geval is

5. En over 6 miljard jaar: witte
dwerg in ‘planetaire nevel’

6. Maar op korte termijn sterke
veranderingen
Actieve gebieden met
zonnevlekken, vlammen, coronale
massa emissies en meer …

7. Zeer kortdurende veranderingen. De
zonnevlekken. Sterk geconcentreerde
magneetvelden

8. Meest in paren of grotere
groepen
• Magneetvelden met sterkten van de orde
van 10.000 maal dat van de aardpolen
• Tegengestelde magnetische polariteit van
de leden van een groep
• Leven uren tot dagen, soms weken en
sporadisch nog langer
• Komen voor in het equatoriale gebied
onder breedten van ca. 40o

9. hoefijzermagneten
• Vlekken rijzen op uit de diepte – daar
worden ze gevormd. Hoe?
• Hun structuur is te vergelijken met die van
een hoefijzermagneet
• Magnetisch veld is gesloten. Het zet zich
boven het zonsoppervlak voort (daar
meestal onzichtbaar; ijl gas)
• (een magnetisch veld is altijd gesloten)

10. Vlekken zijn de kernen van de Actieve
Gebieden

11. Fakkelvelden in Actieve Gebieden
• Fakkels zijn de heldere gebieden om
vlekken die met de oprijzende
magneetvelden meegesleurd worden
• Zwakkere magneetvelden, enkele
honderden Gauss
• Hogere temperatuur dan omgeving. Ca.
10.000 K
• Dus variabele bronnen van UV straling

12. In actief gebied: zonnevlammen. Gemiddeld 1 – 10 per
dag. Energie-uitstraling ca. miljard Hirosjima bommen

13. Nabij en in Actieve Gebieden de Coronale Massa
Emissies. Uitgestraald over breed gebied

14. Ongeveer 1 – 6 per dag; per CME
evenveel energie als 1010 Hirosjima
bommen

15. Een Actief Gebied nabij de zonsrand. Lussen voeren
elektrische stromen met sterkten tot 1012 Ampères.
Lussen bijeen gehouden door magnetische velden

16. Zonnevlam is een kortsluiting
• Stroombogen met stroomsterkten tot 10 12
Ampères in Actieve Gebieden
• Soms naderen twee bogen elkaar
• Gevolg is toenemende en steeds snellere
aantrekking
• Ten slotte een gigantische kortsluiting

17. Een tweede magnetische gebied ligt om de polen.
Heldere vlekken, polaire fakkels, coronale gaten.
Afbeelding is van boven een pool gezien

18. Polaire en equatoriale magnetische
velden
• Totale magnetische fluxen polair en
equatoriaal zijn ongeveer vergelijkbaar
• Polaire velden hebben maximale sterkten
tijdens minima van het equatoriale veld
• En omgekeerd: maximaal equatoriaal veld
tijdens minimale polaire magnetische flux
• De exotische dans van de twee velden

19. Veranderingen met de tijd
De 11 jaarlijkse periode
Andere periodiciteiten

20. De ‘elfjaarlijkse´ vlekkenkromme

21. De elfjaarlijkse Schwabe cyclus is veranderlijk. Zie
het Grote Minimum (1630-1710) het Dalton
minimum (1800 -1830) en het Grote Maximum
(1924-2008)

22. Er zijn meer cycli
• Na twee Schwabe cycli is de magnetische
configuratie weer dezelfde. De Hale cyclus
bestaat uit twee opvolgende Schwabe cycli
• De Gleissberg cyclus duurt ca. 88 jaar maar de
periode verandert met de tijd: gedurende enkele
eeuwen was deze 50 tot 80 jaar, gedurende
andere eeuwen 90 -140 jaar
• De De Vries (Suess) cyclus van 205 jaar
• De Hallstatt cyclus van ongeveer 2300 jaar

23. De zonnedynamo
De exotische dans van de polaire
en equatoriale magneetvelden

24. Vlinderdiagram
Eerste vlekken van nieuwe cyclus op hoge
breedten

25. Polaire activiteit vóór de equatoriale
Kennis van het polaire veld maakt voorspelling mogelijk

26. Zo voorspellen we voor 2013
een maximum vlekgetal van 62

27. Het mechanisme
Zonsactiviteit is gezeteld in de
tachoklijn

28. De tachoklijn
• Laag met dikte van ca. 30 000 km op diepte van
ca. 200 000 km; dit is het gebied waar de
convectie begint – op- en neerdalende
bewegingen
• Hierdoor ontstaan enorme wervels
• Het zonnegas is op die diepte geïoniseerd
(bestaat uit elektrisch geladen deeltjes. Dit geeft
sterke elektrische wervelstromen
• De magneetvelden die zo ontstaan worden
geleidelijk versterkt door differentiële rotatie

29. Differentiële rotatie versterkt de
magneetvelden. Dit gebeurt in vele rotaties.

30. Sterke velden hebben kleiner soortelijk
gewicht. Delen ervan kunnen oprijzen.

31. Breken los als veld groter dan ~ 80.000 Gauss.
Na enkele maanden aan oppervlak – vlekkenpaar.

32. Aan het eind van Schwabe cyclus:
• Het equatoriale (toroïdale) veld breekt uiteen in
vele kleinere lussen met geringer veldsterkte
• Stijgen langzaam op wegens kleinere
opstijgende krachten
• Door de Coriolis kracht draaien ze ongeveer 90 o
• Zo ontstaat aan de polen het polaire (poloïdale)
veld, terwijl het equatoriale veld naar zijn
minimum gaat – de Schwabe cyclus is voltooid

33. ‘Proxies’ voor de twee velden
Het magnetisme wordt pas gedurende
niet langer dan een eeuw gemeten.
Substituut daarvoor zijn de ‘proxies’
voor de twee velden

34. 1. Vlekgetal is een proxy voor de toroidale
veldsterkte. Zie de enorme variatie met de tijd

35. 2. Minimale sterkte van de geomagnetische
aa index is maat voor het poloidale veld

36. 3. Kosmogenische radionucleiden zijn maat voor
de hoeveelheid uitgestraald zonnemagnetisme.
Zie de Grote Minima

37. Extreme gevallen: De twee Grote Maxima (van de
20e eeuw en van 110 eeuwen geleden)

38. Recente overgangen tussen
Episodes vonden plaats in:
• 1730 – ‘40: overgang van Groot Minimum
(Maunder) naar Regelmatige Oscillaties
• 1923: van Regelmatige Oscillaties naar Groot
Maximum
• 2009: overgang van Groot Maximum naar een
andere Grote Episode
• Dit weten we door bestudering van het Fase
Diagram

39. Het fasediagram
Een grafiek waarin we de sterkte van het
equatoriale veld uitzetten tegen die van het
polaire. Hulpmiddel bij het overzien van de
overgangen tussen Grote Episodes

40. Overgangen tussen Grote
Episodes
Zijn ze te voorspellen?

41. Het fasediagram. In (bij) het Transitie
Punt overgangen tussen Episodes

42. Wat het fase diagram toont:
• Er komt nieuwe Grote Episode
• Regelmatige Oscillaties of Groot
Minimum?
• Onlangs gevonden: Grote Minima komen
alleen voor wanneer Hallstratt oscillatie
minimum is.
• Hallstatt was minimaal tussen jaren 910
en 1930 – is nu weer positief

43. Twee voorspellingen
• Op grond Van het fasediagram verwachten wij
(S. Duhau en CdeJ, 2011):
• de komst van Regelmatige Oscillaties zoals
tussen 1740 en 1924
• En op grond van het polaire veld in de
overgangsperiode verwachten wij (SD+CdJ,
2009) voor de nu lopende Schwabe cyclus
• een laag zonnevlekken maximum in 2013,5: 62
± 12

44. Vergelijk deze verwachting met vorige cycli; dit lijkt
op het Dalton minimum (rond 1810)

45. Dus : start de nieuwe Grote
Episode met een Dalton-type
minimum?
Nog even wachten: dat weten we pas aan
het eind van de tegenwoordige Schwabe
cyclus (ca. 2018)

46. Ten slotte:
Wonderlijk gedrag van de
zonnedynamo tijdens en voor de
recente Grote Overgang

47. De zonnevlekken gordel schuift
langzaam naar de evenaar

48. Magnetisch veld van vlekken
wordt zwakker

49. Een lang uitgerekt minimum sinds ca. 2005 (vgl.
1982 met 2002). Rood: vlekken; roze: polair veld

50. Een fascinerende periode
Men zegt wel: de tachoklijn is in
beginsel chaotisch en
onvoorspelbaar. Is dat zo?

51. De toekomst zal het leren !