Wat is een protonenstorm?

Een protonenstorm kan plaatsvinden bij zware uitbarstingen op de Zon waarbij protonen met enorm hoge snelheden (tot enkele 10.000 km/s!) gelanceerd worden. Een protonenstorm kan de Aarde al na enkele tientallen minuten bereiken en dagenlang aanhouden. In dit artikel leggen we uit wat dit is en welke effecten dit veroorzaakt op de Aarde.

S-schaal

NOAA gebruikt een vijf-niveaus systeem genaamd de S-schaal, om een gemakkelijke indicatie te geven van hoe ernstig een protonstorm is. Deze schaal gaat van S1 tot S5, waar S1 het laagste level is en S5 het hoogste level. Ieder S-niveau heeft een bepaalde pfu (proton flux unit) waarde als drempel. Bijvoorbeeld: een S1 protonenstorm word bereikt wanneer de hoeveelheid 10 MeV protonen een waarde van 10 bereikt. Let erop dat deze schaal logaritmisch is. Dit betekend dat een matige (S2) protonenstorm plaatsvind wanneer de hoeveelheid protonen een waarde bereikt van 100 pfu, niet 20 dus! Voor een sterke (S3) protonenstorm hebben we dus een waarde van 1000 pfu nodig! Deze S-schaal word vaak gebruikt op deze website dus het is wijs om deze schaal te onthouden. We kunnen de volgende stormniveaus onderscheiden:

Gevaren

Protonenstormen zijn niet gevaarlijk voor mensen op de Aarde. Het aardmagnetisch veld en de atmosfeer van de Aarde beschermen ons tegen deze deeltjes. De enige effecten die we op Aarde ondervinden van deze protonenstormen zijn dat mensen op vluchten die over de poolgebieden vliegen blootgesteld worden aan een hogere dosis straling dan normaal. Het kan gebeuren dat dankzij een protonenstorm, vluchten die normaal over de polen vliegen worden omgeleid of geannuleerd worden. Nog een effect die protonenstormen op de Aarde hebben is dat radioverkeer in de poolgebieden bemoeilijkt word tijdens een protonenstorm. In de ruimte zijn de problemen iets groter: deze protonen vormen een gevaar voor de gezondheid van astronauten en dan vooral tijdens ruimtewandelingen. Als laatste vormen protonenstormen een gevaar voor satellieten. De protonen hebben een negatieve invloed op het rendement van zonnepanelen, elektronica in satellieten kunnen fouten vertonen en ook zal er ruis kunnen optreden in sommige satellietbeelden.

In de poolgebieden zal hoogfrequent (HF) radioverkeer lastig of misschien zelf onmogelijk worden tijdens een protonenstorm. De protonen penetreren de magnetosfeer rond onze planeet en volgen de magnetische veldlijnen richting de noord en zuidpool van de Aarde. Deze protonen ioniseren de D-laag van de ionosfeer en dit zorgt ervoor dat de hoogfrequentie radiogolven niet meer de veel hogere E, F1 en F2 lagen kunnen bereiken waar deze signalen normaal afgebogen worden terug naar het aardoppervlak. Deze gebeurtenis staat bekend als Polar Cap Absorption Event en kunnen vele dagen duren. We kunnen de S-schaal gebruiken om in te schatten hoe ernstig een Polar Cap Absorption (PCA) is.

De onderstaande afbeelding laat goed zien wat er met satellieten gebeurd tijdens een protonenstorm. Van links naar rechts zien we afbeeldingen van twee verschillende SOHO instrumenten. Aan de linkerkant zien we hoe de beelden er normaal uit zien waneer er geen protonenstorm is. Aan de rechterkant zie je hoe de satellietbeelden eruit zien tijdens een zeer sterke S4 protonenstorm. Er zijn zoveel protonen die op de sensor van de camera crashen dat er erg veel ruis op de beelden te zien is. De afbeeldingen zijn dan bijna onbruikbaar.

Animated GIF (900kB)

Problemen met de Advanced Composition Explorer (ACE) tijdens protonenstormen

Tijdens een protonenstorm kan het gebeuren dat sommige data afkomstig van de Advanced Composition Explorer (ACE) satelliet verstoord raakt waardoor er foutieve waarden worden gemeten. Dit is het best te zien bij de zonnewindparameters waarbij de zonnewindsnelheid lager dan de werkelijke snelheid ligt, en de dichtheid lager is dan 1 proton per kubieke centimeter. De data die betrekking heeft op het interplanetair magnetisch veld (IMF) blijft tijdens een protonenstorm wel betrouwbaar. Deze storingen zijn merkbaar zodra de protonenstorm de S2 klasse (matige protonenstorm) bereikt en kan vaak duren tot na de aankomst van een schokfront waardoor het detecteren van de impact op aarde een stuk moeilijker wordt. De DSCOVR satelliet welke in 2016 ACE heeft vervangen als de primaire real-time ruimteweer data satelliet, heeft dit probleem niet.

<< Keer terug naar vorige pagina