Dankzij zijn nieuwe gekantelde baan rond de zon is het door de Europese ruimtevaartorganisatie ESA geleide ruimtevaartuig Solar Orbiter het eerste ruimtevaartuig dat de polen van de zon van buiten het eclipticavlak in beeld brengt. De unieke kijkhoek van Solar Orbiter zal ons begrip van het magnetische veld van de zon, de zonnecyclus en de werking van ruimteweer veranderen.
Elk beeld dat je ooit van de zon hebt gezien, is genomen rond de evenaar van de zon. Dit komt omdat de aarde, de andere planeten en alle andere operationele ruimtevaartuigen rond de zon draaien binnen een vlakke schijf rond de zon die het eclipticavlak wordt genoemd. Door zijn baan uit dit vlak te kantelen, laat de Solar Orbiter de zon vanuit een geheel nieuwe hoek zien. De video hierboven vergelijkt het uitzicht van Solar Orbiter (in geel) met dat vanaf de aarde (grijs), op 23 maart 2025. Op dat moment bekeek Solar Orbiter de zon vanuit een hoek van 17° onder de zonne-evenaar, genoeg om de zuidpool van de zon direct te zien. De komende jaren zal het ruimteschip zijn baan nog verder kantelen, dus de beste uitzichten moeten nog komen. “Vandaag onthullen we de allereerste menselijke beelden van de pool van de zon,” zegt prof. Carole Mundell, ESA's Director of Science. "De zon is onze dichtstbijzijnde ster, schenker van leven en potentiële verstoorder van moderne ruimte- en grondkrachtsystemen, dus het is noodzakelijk dat we begrijpen hoe de zon werkt en leren hoe we zijn gedrag kunnen voorspellen. Deze nieuwe unieke beelden van onze Solar Orbiter-missie zijn het begin van een nieuw tijdperk van zonnewetenschap."
Alle ogen gericht op de zuidpool van de zon
De collage hieronder toont de zuidpool van de zon zoals opgenomen op 16-17 maart 2025, toen Solar Orbiter de zon bekeek vanuit een hoek van 15° onder de zonne-evenaar. Dit was de eerste waarnemingscampagne van de missie onder een grote hoek, een paar dagen voordat de huidige maximale kijkhoek van 17° werd bereikt. De afbeeldingen hierboven zijn gemaakt door drie wetenschappelijke instrumenten van Solar Orbiter: de Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI), de Extreme Ultraviolet Imager (EUI) en het Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) instrument. “We wisten niet wat we precies konden verwachten van deze eerste waarnemingen, de polen van de zon zijn letterlijk terra incognita,” zegt prof. Sami Solanki, die het PHI-instrumententeam van het Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Duitsland leidt.
De instrumenten observeren de zon elk op een andere manier. PHI brengt de zon in zichtbaar licht in beeld (linksboven) en brengt het magnetische veld aan het oppervlak van de zon in kaart (middenboven). EUI brengt de zon in ultraviolet licht in beeld (rechtsboven) en onthult het miljoenen graden geladen gas in de buitenste atmosfeer van de zon, de corona. Het SPICE-instrument (onderste rij) vangt licht op dat afkomstig is van verschillende temperaturen van geladen gas boven het oppervlak van de zon, waardoor verschillende lagen van de atmosfeer van de zon zichtbaar worden. Door de complementaire waarnemingen van deze drie beeldvormende instrumenten te vergelijken en te analyseren, kunnen we meer te weten komen over hoe materiaal zich in de buitenste lagen van de zon beweegt. Dit kan onverwachte patronen aan het licht brengen, zoals polaire wervelingen (wervelend gas) die lijken op de wervelingen rond de polen van Venus en Saturnus. Deze baanbrekende nieuwe waarnemingen zijn ook essentieel om het magnetische veld van de zon te begrijpen en waarom het ongeveer elke 11 jaar omdraait, samenvallend met een piek in zonneactiviteit. De huidige modellen en voorspellingen van de 11-jarige zonnecyclus zijn niet in staat om precies te voorspellen wanneer en hoe krachtig de zon haar meest actieve staat zal bereiken.
Rommelig magnetisme bij zonnemaximum
Een van de eerste wetenschappelijke bevindingen van de poolwaarnemingen van Solar Orbiter is de ontdekking dat het magnetisch veld van de zon bij de zuidpool momenteel een rommeltje is. Terwijl een normale magneet een duidelijke noord- en zuidpool heeft, laten de magnetische veldmetingen van het PHI-instrument zien dat er zowel noord- als zuidpolige magnetische velden aanwezig zijn op de zuidpool van de zon. Dit gebeurt slechts voor een korte tijd tijdens elke zonnecyclus, op het zonnemaximum, wanneer het magnetische veld van de zon omkeert en het meest actief is. Na het omkeren van het veld zou een enkele polariteit zich langzaam moeten opbouwen en het overnemen op de polen van de zon. Over 5-6 jaar bereikt de zon het volgende zonneminimum, waarin het magnetische veld het meest geordend is en de zon het minst actief is. “Hoe deze opbouw precies plaatsvindt, wordt nog steeds niet volledig begrepen, dus Solar Orbiter heeft precies op het juiste moment de hoge breedtegraden bereikt om het hele proces te volgen vanuit zijn unieke en voordelige perspectief,” merkt Sami op.
Foto: ESA/NASA/Solar Orbiter/PHI Team
PHI's beeld van het volledige magnetische veld van de zon plaatst deze metingen in context. Hoe donkerder de kleur (rood/blauw), hoe sterker het magnetische veld is langs de zichtlijn van Solar Orbiter naar de zon. De sterkste magnetische velden bevinden zich in twee banden aan weerszijden van de evenaar van de zon. De donkerrode en donkerblauwe gebieden markeren actieve gebieden, waar het magnetische veld zich concentreert in zonnevlekken op het oppervlak van de zon (fotosfeer). Ondertussen zijn zowel de zuid- als de noordpool van de zon gespikkeld met rode en blauwe vlekken. Dit laat zien dat het magnetische veld van de zon op kleine schaal een complexe en steeds veranderende structuur heeft.
SPICE meet voor het eerst beweging
Een andere interessante ‘primeur’ voor Solar Orbiter komt van het SPICE-instrument. SPICE is een beeldvormende spectrograaf die het licht (spectraallijnen) meet dat wordt uitgezonden door specifieke chemische elementen - waaronder waterstof, koolstof, zuurstof, neon en magnesium, bij bekende temperaturen. De afgelopen vijf jaar heeft SPICE dit gebruikt om te onthullen wat er gebeurt in verschillende lagen boven het oppervlak van de zon. Nu is het SPICE-team er voor het eerst ook in geslaagd om met het nauwkeurig volgen van spectraallijnen te meten hoe snel klonten zonnemateriaal bewegen. Dit staat bekend als een ‘dopplermeting’, genoemd naar hetzelfde effect dat voorbijrijdende ambulancesirenes van toonhoogte doet veranderen als ze voorbij rijden. De resulterende snelheidskaart laat zien hoe zonnemateriaal beweegt binnen een specifieke laag van de zon. Hieronder kun je direct de locatie en beweging van deeltjes (koolstofionen) vergelijken in een dunne laag die het 'overgangsgebied' wordt genoemd, waar de temperatuur van de zon snel stijgt van 10 000 °C naar honderdduizenden graden.
Foto: ESA
De linker afbeelding toont een intensiteitskaart, waarop de locaties van de koolstofionen te zien zijn. De rechter afbeelding toont een snelheidskaart, waarbij blauw en rood aangeven hoe snel de koolstofionen respectievelijk naar het ruimtevaartuig van de Solar Orbiter toe en van het ruimtevaartuig af bewegen. Donkerdere blauwe en rode vlekken zijn gerelateerd aan materiaal dat sneller stroomt als gevolg van kleine pluimen of jets. Van cruciaal belang is dat Dopplermetingen kunnen onthullen hoe deeltjes door de Zon worden weggeslingerd in de vorm van zonnewind. Ontdekken hoe de Zon zonnewind produceert is een van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van Solar Orbiter. "Dopplermetingen van zonnewind die van de Zon afkomt door huidige en vroegere ruimtemissies zijn belemmerd door het schamperende zicht op de zonnepolen. Metingen vanaf hoge breedtegraden, nu mogelijk met Solar Orbiter, zullen een revolutie betekenen in de zonnefysica," zegt SPICE-teamleider Frédéric Auchère van de Universiteit van Parijs-Saclay (Frankrijk).
Het beste moet nog komen
Dit zijn nog maar de eerste waarnemingen van Solar Orbiter vanuit zijn nieuwe schuine baan, en veel van deze eerste gegevens moeten nog verder worden geanalyseerd. De volledige dataset van Solar Orbiter's eerste volledige ‘pool-tot-pool’ vlucht langs de zon zal naar verwachting in oktober 2025 op aarde aankomen. Alle tien wetenschappelijke instrumenten van Solar Orbiter zullen de komende jaren ongekende gegevens verzamelen. "Dit is nog maar de eerste stap van Solar Orbiter's ‘trap naar de hemel’: in de komende jaren zal het ruimtevaartuig verder uit het eclipticavlak klimmen voor steeds betere beelden van de poolgebieden van de zon. Deze gegevens zullen ons begrip van het magnetisch veld van de zon, de zonnewind en de zonneactiviteit veranderen," merkt Daniel Müller op, ESA's Solar Orbiter projectwetenschapper.
Bron: ESA
