Wat er schuilgaat achter de gekleurde gordijnen van het poollicht

„Bijna mystiek”, zegt Lotte de Groot uit Enschede. Op wintervakantie in het noorden van Noorwegen zag ze het noorderlicht. „Een poosje zagen we een vaag groenige waas, maar ineens werd het heel fel, en spreidde het zich uit over de hele hemel, dansend. Het reflecteerde zelfs in de sneeuw op de bergen verderop. Heel spectaculair.”

Waar de Sami in het poollicht hun voorouders zien, en Inuit in Groenland geesten die kinderen kwamen roven, is het poollicht voor een westerling vooral een ontzagwekkend natuurverschijnsel, mysterieus maar ook verklaarbaar. En de kansen om het te zien zijn nu hoger dan in jaren.

De zon nadert de piek van zijn 11-jarige activiteitscyclus, en boert steeds vaker ijle bellen geladen zonnedeeltjes uit, die soms na een paar dagen reizen met de aarde botsen en poollichten veroorzaken, gekleurde gordijnen van licht tegen de noordelijke hemel. Meestal zijn ze alleen in het hoge noorden te zien (of juist rond Antarctica), maar soms ook in Nederland, al zijn de gordijnen hier meer een gloed. De kansen zijn extra goed rond de equinoxen, in maart en september.

Dat is het grote plaatje, maar toch begrijpen we vooral ook nog heel veel niet, zegt Manuela Temmer, zonnefysicus aan de Universiteit van Graz in Oostenrijk. „Het blijkt altijd complexer. Zo gauw we een deur vinden die we kunnen sluiten, gaan er ergens anders vijf deuren open.”

Onderzoek is niet alleen van belang voor poollichtjagers en -toeristen. De elektrisch geladen deeltjes kunnen de elektronica van satellieten van slag brengen of zelfs beschadigen, en ook kunnen de bovenste lagen van de atmosfeer door het deeltjesbombardement opwarmen en opzwellen, en satellieten onverwacht afremmen. In 2022 stortten zo 40 net gelanceerde satellieten van ruimtevaartbedrijf SpaceX neer. Astronauten aan boord van het internationaal ruimtestation moeten gaan schuilen voor zonnestormen, vandaar dat ruimtevaartorganisaties als ESA afdelingen hebben voor het weer in de ruimte.

Zelfs op aarde kan de boerende zon soms schade aanrichten, zoals het Canadese elektriciteitsbedrijf Hydro Quebec ondervond in 1989. Toen leidde een zonnestorm tot spanningsopbouw over de lange hoogspanningslijnen. Zekeringen van transformatoren sloegen door, en Canadezen zaten negen uur in het donker.

En dat was niet eens de zwaarste uitbarsting: in 1859 vond de Carrington-uitbarsting plaats, de meest intense zonnestorm in de beschreven geschiedenis. Poollichten waren tot in Mexico te zien, de magnetische velden leidden tot storingen op de nog maar net aangelegde telegrafienetwerken, met telegrafisten die schokken kregen.

Als iets vergelijkbaars zich nu zou herhalen, waarschuwde het consultancybedrijf Metatech in 2009 in een invloedrijk rapport van de Amerikaanse National Academies of Science, zou dat leiden tot smeulende transformatoren en een catastrofale stroomuitval. Al vindt Ad Lagendijk, consultant op het gebied van elektromagnetische velden bij ingenieursbureau DNV, dit alarmistische onzin. „De meeste hoogspanningsverbindingen zijn helemaal niet zo lang dat zich daarin spanningen opbouwen. En sinds deze gebeurtenissen zijn netwerken en transformatoren ook veel beter beveiligd.”

Continu vervormende kluwens

„We begrijpen de processen redelijk goed, maar dat betekent nog niet dat we ook goede voorspellingen kunnen doen”, zegt zonnefysicus Temmer. De zon bestaat uit heet plasma, elektrisch geladen deeltjes, vooral waterstof. Stromingen daarin wekken magnetische velden op, en de zon heeft net als de aarde een magnetische noord- en een zuidpool. De deeltjes zitten als kralen aan een snoer vast op de magnetische veldlijnen, die binnen in de zon kolken in continu vervormende kluwens.

Soms prikken die kluwens in lussen door het oppervlak van de zon. Op die plaatsen ontstaat een relatief koel stukje zon, vanaf de aarde zichtbaar als een zonnevlek. In 1843 viel het de Duitse astronoom Heinrich Schwabe op hoe hun aantal toe- en afneemt in een 11-jarige cyclus. Afgelopen februari was het ‘zonnevlekkengetal’ 124,7, een van de hoogste tot nog toe. Tijdens het laatste zonneminimum, eind 2019, was het 0.

Ook die cyclus wordt maar deels begrepen, zegt Temmer. Doordat de zon aan de zonne-evenaar sneller draait dan aan de polen, worden de kluwens van magneetvelden binnenin steeds verder opgewonden, als elastieken rond een tollende as. Hoe hoger de opgebouwde spanningen, hoe vaker de lussen naar buiten prikken.

Totdat er een maximum bereikt wordt. Dan wisselen de noord- en de zuidpool van de zon van plaats en begint er een nieuwe cyclus. Hoe die omslag werkt is grotendeels onbekend, en ook de intensiteit van de zonnecycli is lastig te voorspellen. NASA voorspelde een zwakke cyclus, maar de huidige cyclus, nummer 25, blijkt juist heel krachtig.

De lussen magneetveld die uit zonnevlekken steken, volgeladen met zonnedeeltjes, kunnen soms losschieten en een CME (coronal mass ejection) veroorzaken, een bel plasma die het zonnestelsel ingeslingerd wordt.

Soms koerst een CME toevallig precies richting aarde. Die heeft haar eigen magneetveld, dat werkt als een beschermende cocon die geladen deeltjes buiten houdt. Maar onder het geweld van een krachtige inkomende CME kan die cocon indeuken, vervormen en beginnen te lekken, zodat de zonnedeeltjes toch naar binnen stromen: een zonnestorm.

Op honderden kilometers hoogte botsen de deeltjes met schaarse luchtmoleculen, die oplichten als kosmische neonbuizen: groen voor zuurstof, paars, blauw en roze voor stikstof. Intense poollichten komen vooral voor waar de veldlijnen in de aarde prikken in de ‘aurora-ovaal’ rondom de magnetische noordpool in Noord-Canada. Alleen bij zware zonnestormen reikt dat gebied tot in Nederland.

Waar komt het poollicht vandaan?

Als water rond een steen

„We kunnen inmiddels wel het ruimteweer over een paar dagen voorspellen”, zegt Temmer. „Met satellieten kunnen we de CME’s zien aankomen en de aankomst op zo’n twaalf uur precies voorspellen.” Alleen als het magnetisch veld van de CME zuidwaarts gericht is, is er kans op een zonnestorm. Temmer: „Van een afstand kun je het magnetisch veld niet aflezen, dat zien we pas als de CME de ACE-satellieten op 1,5 miljoen kilometer van de aarde passeert. Dat geeft ons zo’n halfuur van tevoren een waarschuwing.”

De magnetosfeer, de beschermende bel die de aarde zelf opwekt, doet aan de voorkant zijn werk prima. Als de aanstormende deeltjeswolk daarop botst, spoelt die er aanvankelijk omheen als water rond een steen in de rivier. Pas aan de achterkant van de aarde, stroomafwaarts dus, is de langgerekte magnetosfeer poreuzer en open voor lekken.

De huidige cyclus van zonneactiviteit heeft alweer een nieuw raadsel opgeleverd: Steve

Daar kan, als het CME-veld zuidelijk is, ‘reconnectie’ plaatsvinden: de magneetveldlijnen van de deeltjeswolk en de magnetosfeer, eerst nog los van elkaar, flippen van configuratie en sluiten plotseling op elkaar aan. Dat geeft de deeltjes vrij baan naar de aarde, en ook nog een extra zwieper, waarna ze rond de polen de hoge atmosfeer doen oplichten. Dit mechanisme is pas helemaal opgehelderd tijdens de vorige cyclus, die piekte rond 2014.

En de huidige cyclus, nummer 25, heeft alweer een nieuw raadsel opgeleverd. In 2015 schoot Neil Zeller, een amateur-poollichtfotograaf uit Canada, een foto van een heldere witte band aan de noordelijke hemel. Toen hij die aan onderzoekers liet zien, konden ze het niet verklaren. Een collega-poollichtjager suggereerde om het verschijnsel de naam Steve te geven, een referentie naar de animatiefilm Over the Hedge, waarin dieren bang zijn voor een mysterieuze heg, totdat iemand voorstelt om die dan maar Steve te noemen.

Noorderlicht boven Mierlo in november 2023.

Foto’s: Rob Engelaar/Hollandse Hoogte/ANP

Meer foto’s van Steve volgden, vaak een lange, smalle boog met witte en paarse kleuren in golflengten die in gewoon poollicht niet voorkomen. Onderzoek leverde een begin van een verklaring: elektrische deeltjes veel lager in de atmosfeer, die niet direct van CME’s afkomstig zijn, al lijkt er wel een verband: Steve komt alleen voor tijdens zonnestormen. De lollig bedoelde naam kreeg met terugwerkende kracht een wetenschappelijke afkorting: Strong Thermal Emission Velocity Enhancement. In 2021 werd Steve voor het eerst in Europa gespot, in de Shetland-eilanden boven Schotland, en afgelopen november in Northumberland, in Engeland. In Nederland is Steve nog niet gezien.

Temmer: „We begrijpen steeds meer en hebben steeds meer data. Maar we zijn nog lang niet bij het punt waarbij we voorspellingen kunnen doen, of waarbij wetenschappers het zelfs met elkaar eens zijn over de processen. Ruimteweer is eigenlijk nog een heel jong onderzoeksveld.”

Delen





Mail de redactie