De thermosfeer bevindt zich op negentig tot meer dan zeshonderd kilometer boven het aardoppervlak. Het is een gebied waar voornamelijk meteoren, aurora’s en satellieten voorkomen. Het is tevens de plek waar straling afkomstig van de zon voor het eerst contact maakt met onze planeet. De thermosfeer onderschept extreem ultraviolette straling van de grond voordat het de grond kan bereiken. Op het moment dat de zonneactiviteit hoog is, wordt de laag verwarmd door deze straling, waardoor de thermosfeer als een marshmallow boven een kampvuur op begint te zwellen. Het tegenovergestelde gebeurt wanneer de zonneactiviteit laag is.

In de afgelopen jaren is onze ster zelden actief geweest. In 2008 en 2009 belandde de zon in een ongekend diep minimum. Zonnevlekken waren schaars, zonnevlammen bestonden bijna niet en de hoeveelheid extreem ultraviolette straling die de aarde bereikte was zeer klein. Onderzoekers vestigden hun aandacht onmiddellijk op de thermosfeer om te zien wat voor invloed dit zou hebben op dit deel van de atmosfeer.

Bij het bepalen van wat er zich afspeelt in het bovenste deel van de dampkring maakt men gebruik van een speciale techniek. Omdat satellieten een aerodynamische wrijving voelen tijdens hun reis door de thermosfeer is het mogelijk om de omstandigheden in dit deel van de atmosfeer te bepalen met behulp van de ondervonden vertraging. Door deze vertraging bij vijfduizend verschillende satellieten tussen 1967 en 2010 in kaart te brengen, wist men de dichtheid, temperatuur en druk in de thermosfeer in de afgelopen decennia te bepalen. De gegevens lieten zien dat de thermosferische instorting niet alleen groter van was iedere vorige instorting, maar ook groter was dan de zonneactiviteit zou kunnen verklaren.

Een mogelijke verklaring is koolstofdioxide. Wanneer koolstiofdioxide in de thermosfeer belandt, wordt een groot deel van de warmte afgescheiden door infrarode straling en zorgt het gas dus voor een verkoeling. Het is algemeen bekend dat de hoeveelheid koolstofdioxide in de aardatmosfeer groter is geworden. Meer van dit gas in de thermosfeer zou de verkoelende werking van het zonneminimum versterkt kunnen worden.

De aanwezigheid van een grotere hoeveelheid koolstofdioxide in de dampkring lijkt de instorting van de thermosfeer echter ook niet volledig te kunnen verklaren. Een lage hoeveelheid extreem ultraviolette straling van de zon wordt voor ongeveer dertig procent van de instorting verantwoordelijk gehouden, terwijl dat percentage bij de extra koolstofdioxide slechts tien procent bedraagt. Dat betekent dat de resterende zestig procent door één of meerdere andere factoren veroorzaakt wordt. Welke? Daar hoopt men spoedig achter te komen.

Onze thermosfeer is één van de minst onderzochte delen van de atmosfeer, maar het vervult een belangrijke rol, omdat het de eerste laag is waar de energie van de zon op stuit. Die energie wordt geabsorbeerd door luchtmoleculen en terug de ruimte in gebracht tijdens de normale minima en maxima in de hoeveelheid zonne-energie die uit wordt gestoten tijdens een zonnecyclus. Vanwege het feit dat onze ster de laatste jaren in een diep minimum verkeerde, met een kleiner aantal vlekken en uitbarstingen op diens oppervlak, werd er minder energie in de vorm van röntgenstraling en ultraviolet uitgestoten. Deze golflengten van licht hebben een grote invloed op de thermosfeer, waar luchtmoleculen hun energie absorberen en uitstoten in de vorm van infrarode energie.

Minder straling in beide richtingen betekent dat deze laag van de atmosfeer tevens fors afkoelt. De thermosfeer koelde in feite met een factor van 10 af sinds het laatste zonnemaximum in het begin van 2002, hetgeen bij wetenschappers als een verrassing aan is gekomen. De exacte temperatuur van de thermosfeer kan sterk schommelen, maar de gemiddelde temperatuur boven 300 kilometer is zo’n 427 graden Celsius tijdens een zonneminimum en 927 graden Celsius op het moment dat de zonneactiviteit in een maximum verkeert. Hoewel deze temperaturen hoog klinken, zou de warmte niet voelbaar zijn, aangezien de moleculen in dit deel van de atmosfeer te ver van elkaar verwijderd zijn.

De afkoeling heeft ook gevolgen voor de banen van satellieten, omdat het proces de dichtheid van de thermosfeer verandert. Wanneer de temperatuur in deze laag lager wordt, dalen de dichte delen van de thermosfeer naar dichter bij het aardoppervlak gelegen delen van de dampkring. Satellieten zullen hierdoor minder snel verbranden in de atmosfeer en dus langer in een baan om de aarde draaien. Bovendien zorgt de lagere dichtheid ervoor dat ruimteafval – oude satellieten en delen van satellieten het bovenste deel van de atmosfeer vervuilen – een hogere snelheid krijgt en dus mogelijk een groter gevaar vormt voor bijvoorbeeld het ruimtestation ISS.

“Ik denk zelf dat zonnevlekken terug aan het komen zijn,” aldus onderzoeker Matt Penn van het National Solar Observatory (NSO) in het in de Verenigde Staten gelegen Tucson. Maar hij geeft toe “dat er enig bewijs is dat dat niet het geval is.” Dat is namelijk de conclusie van zijn collega Bill Livingston, die in de afgelopen zeventien jaar metingen heeft verricht aan de magnetische velden van vlekken op de zon. Tijdens deze studie is hij een opmerkelijke tendens op het spoor gekomen, eentje die erop duidt dat het magnetisme van zonnevlekken afneemt. De gegevens laten zien dat het goed mogelijk is dat zonnevlekken in 2015 compleet verdwenen zullen zijn.

Niet materie, maar krachtig magnetisme vormt de drijfveer achter een zonnevlek. Het magnetisch veld ziet er donker uit vanwege het feit dat het de toestroom van warmte vanuit het inwendige van onze ster blokkeert. Indien de aarde haar magnetisch veld verliest zou onze planeet zelf intact blijven, maar wanneer een zonnevlek diens magnetisme verliest houdt het op te bestaan. Volgens Livingston blijkt uit de metingen dat de vlekken zich alleen vormen wanneer het magnetisch veld sterker is dan 1500 gauss, een eenheid die gebruik wordt om de magnetische fluxdichtheid weer te geven. “Als de huidige tendens zich voortzet kan deze drempel in de nabije toekomst bereikt worden,” zei hij.

Er bestaan echter twijfels over de uitkomst van het onderzoek. “Het is opzienbarende stof,” aldus zonnevlekexpert David Hathaway van de ruimtevaartorganisatie NASA. “Maar we moeten wel de kanttekening maken dat het overgrote deel van de gegevens verzameld is na het maximum van zonnecyclus 23, toen het aantal zonnevlekken kleiner begon te worden. De verzwakking van de magnetische velden zou een normaal aspect van een zonnecyclus kunnen zijn en hoeft er niet op te duiden dat zonnevlekken voorgoed verdwijnen,” zo verklaarde hij. Volgens Penn is het laatste wel het geval: “Dit is een relatief nieuwe methode en de metingen zijn in een tijdsbestek van liefst zeventien jaar verricht.”

Of we definitief vaarwel moeten zeggen tegen zonnevlekken? De toekomst zal het uitwijzen…

Er zijn talloze scenario’s gepubliceerd om zo 2012 als doemsjaar aan te kondigen. Sommige verhalen zijn gebaseerd op verhaaltjes en fictie, anderen zijn dan weer wetenschappelijk gegrond. Ook dit scenario is gebaseerd op de wetenschap; er is zelf een corelatie tussen de elfjarige zonnecyclus en de tijd die cycli ondergaan in de Mayakalender. Volgens velen hadden de Maya’s een grote kennis van het universum en konden zij zonnemaxima voorspellen als geen ander. Daarnaast zeggen ook veel religieuze teksten dat de dag des oordeels er een zal zijn van zwavel en van vuur.

Het ziet er dus echt naar uit dat de meest nabije ster ons allen levend zal verbranden op 21 december 2012. Stop met lezen, stop met werken, haal al het geld van je spaarrekening en beleef je laatste jaren vol vreugde, niets kan je nog redden! Voor je effectief naar de bank holt, wil ik je echter wel nog eens aanraden de titel opnieuw te lezen, hopelijk kan deze je alsnog gerust stellen.

Beschermende planeet
Vooraleer we dan ook echt met conclusies komen, moeten we eerst eens heel even een stapje terug nemen. Het zonnemaximum van 2002-2003 heeft ons allen wel niet tot de verdoemenis geholpen, waarom zou het volgende dat dan wel kunnen doen? Dit komt eigenlijk doordat de aarde een goed beschermde broedplaats is voor al diens levensvormen. Onze planeet zelf is opgegroeid in een zeer radioactieve omgeving. Lees de vorige zin echter wel twee maal, het gaat hier om diens omgeving. Maar als de omgeving dan zo radioactief is, hoe komt het dan dat de aarde zo een geschikte broedplaats is ? Is er dan iets dat ons allen beschermt? En hoe komt het dat deze omgeving zo radioactief is? Wel, dat bedoelde ik dus met een stapje terug nemen, we staan weer met beide voeten op de grond en nu kunnen we ons ook weer eens richten op het wetenschappelijke aspect van dit hele verhaal.

Eerder in dit artikel spraken we over een elfjarige zonnecyclus, maar ik kan mij voorstellen dat niet alle lezers zullen begrijpen wat deze cyclus nu ook echt inhoudt. Wel, de zon zelf heeft een natuurlijke cyclus met een periode van ongeveer elf jaar. Tijdens de periode van deze cyclus worden de magnetische veldlijnen van onze ster over het zonneoppervlak heen gesleurd, iets wat veroorzaakt wordt door de differentiële rotatie op diens evenaar. Dit betekent dat de evenaar sneller draait dan de magnetische polen. Wanneer dit verschijnsel zich verder doorzet zal zonneplasma de magnetische veldlijnen omheen de zon laten draaien, waardoor er een pak energie ontstaat. Gemiddeld om de elf jaar verwisselt de zon haar magnetische polen van plaats, in de zogenaamde actieve periode. Dit gebeurt telkens bij het hoogtepunt van de toename in zonnevlekken, ongeveer elke elf jaar dus.

Zonnevlekken zijn relatief donkere vlekken op het oppervlak van de zon. De vlekken hangen samen met koelere plekken op de zon. Hun aantal is een maat voor de activiteit van de zon: hoe meer er te zien zijn, hoe actiever de zon. Een actieve ster produceert korte explosies van energie waarbij geladen deeltjes vrijkomen; deze zijn dan ook de oorzaak van onder andere het poollicht.

Alhoewel het poollicht prachtig kan zijn om te aanschouwen, moeten we hier wel heel even de pret bederven. Wanneer magnetische energie zich opbouwt, zal de magnetische flux ook groter worden. De magnetische flux is een natuurkundige grootheid die aanduidt hoeveel magnetisme, of beter gezegd hoeveel magnetische veldlijnen, het oppervlak A doorkruist. Ook zonnevlammen zijn een natuurlijk verschijnsel van onze zon, deze zijn zeer energierijke verschijnselen. Zonnevlammen kunnen evenveel energie bevatten als honderd miljard atomaire explosies. Vooraleer sommigen toch achter hun spaargeld aanrennen, willen we toch wel eventjes duidelijk maken dat deze hoog energetische verschijnselen zich in de lage corona voltrekken. De aarde is helemaal niet in de buurt van dergelijke hoogovens en we treffen dan ook geen gevaar.

Globale problemen
Het grootste probleem zijn echter zonnevlammen waarbij röntgenstraling vrijkomt, vooral omdat er eigenlijk weinig natuurverschijnselen zijn die ons ervan waarschuwen, wetende dat dergelijke stralen reizen met de snelheid van het licht valt er geen ontsnappen aan. Deze straling bereikt al na ongeveer acht minuten onze buitenste atmosfeer en daar komt het terecht in de ionosfeer waar de stralen geabsorbeerd worden. Zoals je wel kunt raden is dit een sterk geladen reactieve omgeving vol met ionen. Tijdens zeer krachtige zonne-evenementen, zoals bij grote zonnevlammen, zullen er extra elektronen opgewekt worden. Deze extra opwekking kan ervoor zorgen dat radiosignalen doorheen de atmosfeer verstoord raken.

Door onze globale nood aan communicatie – en navigatiesatellieten zou dit uit kunnen monden op een globale lamlegging. Echter zou dit een zeer tijdelijke verstoring kunnen zijn die bijna geen gevaar vormt hier op aarde; enkel het vliegverkeer zou mogelijk gevaar kunnen lopen, aangezien deze zowel nood hebben aan een goede navigatie als een goede communicatie – zowel onderling als met de verkeerstoren. Echter zou dit naast vertragingstijd niet veel slachtoffers op mogen leveren. Het zou met andere woorden niets meer betekenen dan een tijdelijke storing op globaal niveau.

Natuurlijk zou het verhaal te snel af zijn mocht enkel de röntgenstraling schade aan kunnen richten. Er is echter nog een totaal andere kant van het verhaal, namelijk een CME (Coronale Massa-Ejectie). Dit zijn enorm hete gasbellen die gevormd worden door het magnetisch veld van de zon. In een mum van tijd worden ze uitgeworpen in de ruimte en bij het reageren met het aardsmagnetisch veld kan dit prachtige aurora’s opleveren. Deze uitbarsting reist met een snelheid van iets meer dan drie miljoen kilometer per uur. Dit is aanzienlijk trager dan de snelheid van röntgenstralen, maar desalniettemin heeft een dergelijke explosies binnen enkele uren invloed op onze planeet. Veel schade kan ook dit niet aan richten, want we blijven nog steeds goed beschermd door onze magnetosfeer.

Het blijkt dus dat we eigenlijk zeer goed beschermd zijn tegen tegen uitbarstingen op de zon. Storingen op het radioverkeer en navigatieproblemen buiten beschouwing gelaten kan er ons niet al te veel overkomen zul je nu wel denken. Wel, waarschijnlijk klinkt in dat geval de datum 13 maart 1989 niet al te bekend in de oren. Op die dag kwamen miljoenen mensen zonder stroom te zitten ten gevolge van een dergelijke uitbarsting. Een gigantische golf van deeltjes was op de aardse magnetosfeer ingebeukt en de hoogspanningslijnen en transformators raakten overbelast door de hoge elektrische stromen die het had opgewekt. De storing, die midden in de nacht begon, leidde in de morgen tot het gesloten blijven van kantoren, scholen, de metro en het vliegveld. Dit alles gebeurde in Québec, een deelstaat van Canada. Zes miljoen mensen zaten in de Canadese kou en er heerste chaos op straat. De gebeurtenis was de oorzaak van verschillende verkeersongevallen. Maar naast deze ongevallen bleven verdere problemen gespaard. Negen uur lang lag Québec lam en daarna begonnen ingenieurs stelselmatig de problemen op te lossen.

Niet wetenschappelijk gegrond
Dit is uiteindelijk allemaal goed en wel, maar volgens de vele ‘believers’ zou een grote uitbarsting eind 2012 de hele mensheid van de aarde kunnen trappen. Kan onze zon nu echt een dodelijke uitbarsting veroorzaken? Wel, ik zal jullie allen niet langer in spanning houden; het korte antwoord is ‘nee’. Voor degenen die al tevreden zijn met dit antwoord kan ik aanraden om het lezen te staken. Voor de andere geïnteresseerden raad ik aan nog eventjes verder te lezen. We geven hier dan wel een zeer kort antwoord, maar eigenlijk is het echte antwoord een stuk uitgebreider.

Dodelijke zonnevlammen zijn reeds waargenomen bij naburige sterren. In 2006 zag NASA’s Swift-satelliet de grootste uitbarsting ooit waargenomen. Mocht onze zon een dergelijke vlam veroorzaken zou het leven op aarde grotendeels, zij het niet volledig weggevaagd kunnen zijn. Gelukkig gebeurde het op een afstand van 135 lichtjaar hier vandaan en ging het om de ster II Pegasi. Dit is een gewelddadige rode reus vergezeld door een andere ster in een zeer nauwe baan. Het wordt aangenomen dat de gravitationele interactie met deze partner en het feit dat het om een rode reus gaat, de grootste oorzaken waren van deze stellaire uitbarsting.

Het feit dat ook een uitbarsting op onze ster tot een mogelijk doemscenario behoort is zoals vaak het gevolg van een in de wereld gegooide theorie die wetenschappelijk niet ondersteund is maar door velen als waar genomen wordt. In feite is het zeer onlogisch en tegenstrijdig dat men in deze theorie zomaar een datum aanwijst voor deze uitbarsting. Zelf weten de ‘believers’ te zeggen dat dit alles wetenschappelijk gegrond is en gebaseerd is op de elfjarige cyclus. Maar door enkel en alleen nog maar deze cyclus te noemen spreken ze zich frontaal tegen. Onze ster is in principe een zeer stabiele ster met een vrij voorspelbare cyclus van elf jaar en aangezien zij deze cyclus noemen klopt de theorie al helemaal niet meer. Een ster van het type als onze zon kan gewoonweg niet van de ene dag op de andere al het leven op onze planeet vernietigen en het grootste bewijs is dan ook eigenlijk dat wij allen hier nog steeds zijn.

Natuurlijk, zoals maar al te vaak bij deze ‘believers’ het geval is zullen zij hun verhaal zo aanpassen dat ze alsnog proberen gelijk te krijgen. Nieuw opgedoken verhalen vertellen dan weer dat we door het gebrek aan zonneactiviteit aan het begin van een ijstijd staan. Echter spreekt dit de vorige theorie volledig tegen, alsook de waarnemingen en uitgaven van de NASA worden hierin volledig tegengesproken. Natuurlijk mag men de vele theoriën niet vergeten waarmee ze harde feiten van de ruimtevaartorganisatie afwimpelen.

Uiteindelijk moeten we tot het besluit komen dat we in 2012 niet vernietigd zullen worden door een zonnevlam. Zelf al mocht de Aarde het slachtoffer worden van een dergelijke uitbarsting, dan betekent dat nog niet meteen het einde voor het leven onze planeet. Daar is onze zon momenteel niet krachtig genoeg voor. De grootste schade zou in dat geval aan satellieten en het elektriciteitsnetwerk kunnen ontstaan.

Doch, voor een eind te maken aan dit artikel, wil ik de opmerking alvast maken dat er andere theorieën zijn die vertellen dat over drie jaar ons aardmagnetisch veld omdraait en verzwakt, waardoor we onbeschermd zijn voor komende uitbarstingen en we frontaal geraakt zullen worden. Wel, naar mijn mening is deze bewering op zich een eigen artikel waard, dus kijk alvast uit naar het vervolg op deze reeks!

Een internationaal team van wetenschappers dat onder leiding stond van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) maakte gebruik van meer dan een eeuw aan observaties aan het weer en drie krachtige computermodellen om één van de moeilijkste vragen in de meteorologie te beantwoorden: als de totale energie die onze planeet bereikt van de zon slechts een schommeling van 0,1 procent kent tijdens de ongeveer elf jaar durende zonnecyclus, hoe kan zo’n kleine variatie dan verantwoordelijk zijn voor grote veranderingen in de weerpatronen op aarde? Om op een antwoord te kunnen komen moest men uitzoeken welke verschijnselen met elkaar in verbinding staan.

Het antwoord heeft volgens de nieuwe studie te maken met de invloed van de zon op twee ogenschijnlijk ongerelateerde gebieden. Chemicaliën in de stratosfeer en oppervlaktetemperaturen in de Pacifische Oceaan reageren tijdens een zonnemaximum op een manier die de invloed van onze ster op sommige aspecten van de luchtbeweging versterkt. Hierdoor kan de intensiteit van winden en regenval toenemen, de oppervlaktetemperaturen in bepaalde zeeën en het wolkendek boven bepaalde tropische en subtropische gebieden veranderen en oefent de zon uiteindelijk invloed uit op het globale weer. “Het begrijpen van de rol die de zonnecyclus hier in speelt kan wetenschappers een helpende hand bieden bij de voorspelling van regionale weerpatronen in de aankomende decennia,” aldus Gerald Meehl, hoofdauteur van het onderzoek.

Eerder, in het najaar van 2007, was men het erover eens dat het absolute minimum van de vorige cyclus, wanneer de zon het minst actief is, in maart 2008 bereikt zou worden, waarna een nieuwe cyclus zou beginnen waarvan de piek in activiteit op het zonneoppervlak in het laatste deel van 2011 of medio 2012 aan zou vangen. Echter kwamen deze voorspellingen niet uit en hield onze ster zich in een langdurige luwte waarin slechts enkele zonnevlekken verschenen. Pas negen maanden later bereikte de cyclus diens minimum en nu lijkt de zon dan eindelijk ‘wakker’ te worden, zo blijkt uit observaties van de STEREO-ruimtesondes aan een tweetal nieuwe actieve gebieden.

De meeste wetenschappers zijn er nu van overtuigd dat het maximum van de cyclus waarin de zon zich nu bevindt, ruim een jaar later plaats zal vinden: in mei 2013. Dan zouden er zo’n negentig zonnevlekken op het oppervlak te vinden moeten zijn, een aantal dat aanzienlijk lager is dan de gemiddelde hoeveelheid vlekken tijdens een piek. Als dat daadwerkelijk het geval is, is de huidige zonnecyclus de twee na zwakste sinds men waarnemingen begon te verrichten aan onze ster. Met een gemiddelde van 78 zonnevlekken tijdens het maximum zou de zon alleen in 1928 ‘rustiger’ zijn geweest.

Maar niet iedereen is het met de verwachtingen eens, zo ook Mausumi Dikpati van het High Altitude Observatory in de Amerikaanse staat Colorado. Hij en zijn collega’s hebben de afgelopen tijd een computermodel ontwikkeld dat voorspelt dat deze cyclus, nummer 24, dertig tot vijftig procent heviger zal zijn dan de vorige. De antwoord op de vraag wie gelijk heeft zullen we over een niet al te lange tijd krijgen.