De veranderlijke zonDe veranderlijke zon

Actieve gebieden; de dynamo; Grote Actieve gebieden; de dynamo; Grote Episoden en de overgangen ertussenEpisoden en de overgangen ertussen

C. de JagerC. de Jager

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

Zeer stabiele lichtbron Zeer stabiele lichtbron

Maar helderheid neemt Maar helderheid neemt langzaam toe: 0,15 % per langzaam toe: 0,15 % per

miljoen jarenmiljoen jaren

Zonnestraling neemt gestaag Zonnestraling neemt gestaag toetoe

• Slechts 0,15% per miljoen jarenSlechts 0,15% per miljoen jaren

• Maar zo ontvangt de aarde wel steeds Maar zo ontvangt de aarde wel steeds meer stralingsenergie en wordt ze gestaag meer stralingsenergie en wordt ze gestaag warmer warmer

• Na 300 miljoen jaren is de gemiddelde Na 300 miljoen jaren is de gemiddelde aardtemperatuur ca. 50 graden Celsiusaardtemperatuur ca. 50 graden Celsius

• En na 600 miljoen jaar is dat 100 gradenEn na 600 miljoen jaar is dat 100 graden

• Over 5 miljard jaar straalt de zon duizend Over 5 miljard jaar straalt de zon duizend maal feller dan nu het geval is maal feller dan nu het geval is

En over 6 miljard jaar: witte En over 6 miljard jaar: witte dwerg in ‘planetaire dwerg in ‘planetaire

nevel’ nevel’

Maar op korte termijn Maar op korte termijn sterke veranderingensterke veranderingen

Actieve gebieden met Actieve gebieden met zonnevlekken, vlammen, zonnevlekken, vlammen,

coronale massa emissies en coronale massa emissies en meer …meer …

Zeer kortdurende veranderingen. Zeer kortdurende veranderingen. De zonnevlekken. Sterk De zonnevlekken. Sterk geconcentreerde geconcentreerde magneetveldenmagneetvelden

Meest in paren of Meest in paren of grotere grotere groepen groepen • Magneetvelden met sterkten van de Magneetvelden met sterkten van de

orde van 10.000 maal dat van de orde van 10.000 maal dat van de aardpolenaardpolen

• Tegengestelde magnetische polariteit Tegengestelde magnetische polariteit van de leden van een groep van de leden van een groep

• Leven uren tot dagen, soms weken en Leven uren tot dagen, soms weken en sporadisch nog langersporadisch nog langer

• Komen voor in het equatoriale gebied Komen voor in het equatoriale gebied onder breedten van ca. 40onder breedten van ca. 40oo

hoefijzermagnetenhoefijzermagneten

• Vlekken rijzen op uit de diepte – daar Vlekken rijzen op uit de diepte – daar worden ze gevormd. Hoe?worden ze gevormd. Hoe?

• Hun structuur is te vergelijken met die Hun structuur is te vergelijken met die van een hoefijzermagneetvan een hoefijzermagneet

• Magnetisch veld is gesloten. Het zet Magnetisch veld is gesloten. Het zet zich boven het zonsoppervlak voort zich boven het zonsoppervlak voort (daar meestal onzichtbaar; ijl gas) (daar meestal onzichtbaar; ijl gas)

• (een magnetisch veld is altijd gesloten)(een magnetisch veld is altijd gesloten)

Vlekken zijn de kernen van de Vlekken zijn de kernen van de Actieve Actieve Gebieden Gebieden

Fakkelvelden in Actieve Fakkelvelden in Actieve GebiedenGebieden

• Fakkels zijn de heldere gebieden om Fakkels zijn de heldere gebieden om vlekken die met de oprijzende vlekken die met de oprijzende magneetvelden meegesleurd worden magneetvelden meegesleurd worden

• Zwakkere magneetvelden, enkele Zwakkere magneetvelden, enkele honderden Gausshonderden Gauss

• Hogere temperatuur dan omgeving. Hogere temperatuur dan omgeving. Ca. 10.000 KCa. 10.000 K

• Dus variabele bronnen van UV stralingDus variabele bronnen van UV straling

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

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

Ongeveer 1 – 6 per dag; per CME Ongeveer 1 – 6 per dag; per CME evenveel evenveel energie als 10 energie als 101010 Hirosjima bommen Hirosjima bommen

Een Actief Gebied nabij de zonsrand. Lussen Een Actief Gebied nabij de zonsrand. Lussen voeren elektrische stromen met sterkten tot voeren elektrische stromen met sterkten tot 10101212 Ampères. Ampères. Lussen bijeen gehouden door Lussen bijeen gehouden door magnetische veldenmagnetische velden

Zonnevlam is een Zonnevlam is een kortsluitingkortsluiting

• Stroombogen met stroomsterkten tot Stroombogen met stroomsterkten tot 10101212 Ampères in Actieve Gebieden Ampères in Actieve Gebieden

• Soms naderen twee bogen elkaar Soms naderen twee bogen elkaar

• Gevolg is toenemende en steeds Gevolg is toenemende en steeds snellere aantrekking snellere aantrekking

• Ten slotte een gigantische Ten slotte een gigantische kortsluiting kortsluiting

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

Polaire en equatoriale Polaire en equatoriale magnetische magnetische velden velden

• Totale magnetische fluxen polair en Totale magnetische fluxen polair en equatoriaal zijn ongeveer vergelijkbaarequatoriaal zijn ongeveer vergelijkbaar

• Polaire velden hebben maximale sterkten Polaire velden hebben maximale sterkten tijdens minima van het equatoriale veldtijdens minima van het equatoriale veld

• En omgekeerd: maximaal equatoriaal veld En omgekeerd: maximaal equatoriaal veld tijdens minimale polaire magnetische flux tijdens minimale polaire magnetische flux

• De exotische dans van de twee velden De exotische dans van de twee velden

Veranderingen met de tijdVeranderingen met de tijd

De 11 jaarlijkse periode De 11 jaarlijkse periode

Andere periodiciteiten Andere periodiciteiten

De ‘elfjaarlijkse´ De ‘elfjaarlijkse´ vlekkenkrommevlekkenkromme

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

Er zijn meer cycliEr zijn meer cycli

• Na twee Na twee Schwabe Schwabe cycli is de magnetische cycli is de magnetische configuratie weer dezelfde. De configuratie weer dezelfde. De Hale cyclus Hale cyclus bestaat uit twee opvolgende Schwabe cyclibestaat uit twee opvolgende Schwabe cycli

• De De GleissbergGleissberg cyclus duurt ca. 88 jaar maar cyclus duurt ca. 88 jaar maar de periode verandert met de tijd: gedurende de periode verandert met de tijd: gedurende enkele eeuwen was deze 50 tot 80 jaar, enkele eeuwen was deze 50 tot 80 jaar, gedurende andere eeuwen 90 -140 jaargedurende andere eeuwen 90 -140 jaar

• De De De Vries (Suess)De Vries (Suess) cyclus van 205 jaar cyclus van 205 jaar• De De HallstattHallstatt cyclus van ongeveer 2300 jaar cyclus van ongeveer 2300 jaar

De zonnedynamoDe zonnedynamo

De exotische dans van de De exotische dans van de polaire en equatoriale polaire en equatoriale

magneetvelden magneetvelden

VlinderdiagramVlinderdiagramEerste vlekken van nieuwe cyclus op Eerste vlekken van nieuwe cyclus op hoge hoge breedten breedten

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

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

Het mechanismeHet mechanisme

Zonsactiviteit is gezeteld in Zonsactiviteit is gezeteld in de tachoklijnde tachoklijn

De tachoklijn De tachoklijn

• Laag met dikte van ca. 30 000 km op diepte Laag met dikte van ca. 30 000 km op diepte van ca. 200 000 km; dit is het gebied waar van ca. 200 000 km; dit is het gebied waar de convectie begint – op- en neerdalende de convectie begint – op- en neerdalende bewegingen bewegingen

• Hierdoor ontstaan enorme wervelsHierdoor ontstaan enorme wervels• Het zonnegas is op die diepte geïoniseerd Het zonnegas is op die diepte geïoniseerd

(bestaat uit elektrisch geladen deeltjes. Dit (bestaat uit elektrisch geladen deeltjes. Dit geeft sterke elektrische wervelstromengeeft sterke elektrische wervelstromen

• De magneetvelden die zo ontstaan worden De magneetvelden die zo ontstaan worden geleidelijk versterkt door differentiële rotatie geleidelijk versterkt door differentiële rotatie

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

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

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

Aan het eind van Schwabe Aan het eind van Schwabe cyclus: cyclus:

• Het equatoriale (toroïdale) veld breekt uiteen in Het equatoriale (toroïdale) veld breekt uiteen in vele kleinere lussen met geringer veldsterktevele kleinere lussen met geringer veldsterkte

• Stijgen langzaam op wegens kleinere Stijgen langzaam op wegens kleinere opstijgende krachten opstijgende krachten

• Door de Coriolis kracht draaien ze ongeveer 90Door de Coriolis kracht draaien ze ongeveer 90oo

• Zo ontstaat aan de polen het polaire (poloïdale) Zo ontstaat aan de polen het polaire (poloïdale) veld, terwijl het equatoriale veld naar zijn veld, terwijl het equatoriale veld naar zijn minimum gaat – de Schwabe cyclus is voltooidminimum gaat – de Schwabe cyclus is voltooid

‘‘Proxies’ voor de twee Proxies’ voor de twee veldenvelden

Het magnetisme wordt pas Het magnetisme wordt pas gedurende niet langer dan een gedurende niet langer dan een

eeuw gemeten. Substituut eeuw gemeten. Substituut daarvoor zijn de ‘proxies’ voor de daarvoor zijn de ‘proxies’ voor de

twee velden twee velden

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

2. Minimale sterkte van de 2. Minimale sterkte van de geomagnetische geomagnetische aaaa index is maat index is maat voor het poloidale veldvoor het poloidale veld

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

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

Recente overgangen tussen Recente overgangen tussen Episodes vonden plaats in:Episodes vonden plaats in:

• 1730 – ‘40: overgang van Groot Minimum 1730 – ‘40: overgang van Groot Minimum (Maunder) naar Regelmatige Oscillaties (Maunder) naar Regelmatige Oscillaties

• 1923: van Regelmatige Oscillaties naar 1923: van Regelmatige Oscillaties naar Groot MaximumGroot Maximum

• 2009: overgang van Groot Maximum naar 2009: overgang van Groot Maximum naar een andere Grote Episodeeen andere Grote Episode

• Dit weten we door bestudering van het Dit weten we door bestudering van het Fase DiagramFase Diagram

Het fasediagramHet fasediagram

Een grafiek waarin we de sterkte van het Een grafiek waarin we de sterkte van het equatoriale veld uitzetten tegen die van equatoriale veld uitzetten tegen die van het polaire. Hulpmiddel bij het overzien het polaire. Hulpmiddel bij het overzien

van de overgangen tussen Grote Episodesvan de overgangen tussen Grote Episodes

Overgangen tussen Grote Overgangen tussen Grote EpisodesEpisodes

Zijn ze te voorspellen?Zijn ze te voorspellen?

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

Wat het fase diagram toont:Wat het fase diagram toont:

• Er komt nieuwe Grote EpisodeEr komt nieuwe Grote Episode

• Regelmatige Oscillaties of Groot Regelmatige Oscillaties of Groot Minimum?Minimum?

• Onlangs gevonden: Grote Minima Onlangs gevonden: Grote Minima komen alleen voor wanneer Hallstratt komen alleen voor wanneer Hallstratt oscillatie minimum is. oscillatie minimum is.

• Hallstatt was minimaal tussen jaren Hallstatt was minimaal tussen jaren 910 en 1930 – is nu weer positief 910 en 1930 – is nu weer positief

Twee voorspellingenTwee voorspellingen

• Op grond Van het fasediagram verwachten Op grond Van het fasediagram verwachten wij (S. Duhau en CdeJ, 2011): wij (S. Duhau en CdeJ, 2011):

• de komst van Regelmatige Oscillaties zoals de komst van Regelmatige Oscillaties zoals tussen 1740 en 1924tussen 1740 en 1924

• En op grond van het polaire veld in de En op grond van het polaire veld in de overgangsperiode verwachten wij (SD+CdJ, overgangsperiode verwachten wij (SD+CdJ, 2009) voor de nu lopende Schwabe cyclus 2009) voor de nu lopende Schwabe cyclus

• een laag zonnevlekken maximum in een laag zonnevlekken maximum in 2013,5: 62 ± 12 2013,5: 62 ± 12

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

Dus : start de nieuwe Grote Dus : start de nieuwe Grote Episode met een Dalton-type Episode met een Dalton-type

minimum?minimum?

Nog even wachten: dat weten we pas Nog even wachten: dat weten we pas aan het eind van de tegenwoordige aan het eind van de tegenwoordige

Schwabe cyclus (ca. 2018) Schwabe cyclus (ca. 2018)

Ten slotte:Ten slotte:

Wonderlijk gedrag van de Wonderlijk gedrag van de zonnedynamo tijdens en voor zonnedynamo tijdens en voor de recente Grote Overgangde recente Grote Overgang

De zonnevlekken gordel De zonnevlekken gordel schuift langzaam naar de schuift langzaam naar de evenaar evenaar

Magnetisch veld van Magnetisch veld van vlekken wordt zwakkervlekken wordt zwakker

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

Een fascinerende periodeEen fascinerende periode

Men zegt wel: de tachoklijn is Men zegt wel: de tachoklijn is in beginsel chaotisch en in beginsel chaotisch en

onvoorspelbaar. Is dat zo? onvoorspelbaar. Is dat zo?

De toekomst zal het leren ! De toekomst zal het leren !