Wat zijn zonnevlammen?

Een zonnevlam is een grote explosie op de Zon die plaatsvindt wanneer magnetische veldlijnen (meestal boven zonnevlekken) vervlechten en plotseling hun energie vrijgeven. Zonnevlammen produceren een uitbarsting van straling over het hele elektromagnetische spectrum, van radiogolven tot röntgenstraling en gammastralen. De energie die vrijkomt, is equivalent aan miljoenen atoombommen die gelijktijdig ontploffen! Zonnevlammen komen het vaakst voor wanneer de Zon actief is, rond het maximum. Het is dan goed mogelijk dat er vele zonnevlammen per dag plaatsvinden. Rond het zonneminimum zijn zonnevlammen zeldzaam en komen slechts één keer per week of zelfs nog minder voor. Sterke zonnevlammen zijn zeldzamer dan de zwakkere zonnevlammen. Sommige (vooral sterke) zonnevlammen staan erom bekend dat ze enorme hoeveelheden zonneplasma kunnen uitstoten. Dit noemen we ook wel een coronale massa uitstoot. Coronale massa uitstoten staan erom bekend dat ze geomagnetische stormen kunnen veroorzaken wanneer deze bij de Aarde aankomen. Dit fenomeen is cruciaal voor poollicht in de Benelux.

Afbeelding: Een spectaculaire zonnevlam zoals gezien door de NASA Solar Dynamics Observatory in de 193 Ångström golflengte.

De classificatie van zonnevlammen

Zonnevlammen worden geclassificeerd als A, B, C, M of X aan de hand van de piek flux (in watts per vierkante meter, W/m²) van 1 tot 8 Ångström röntgenstralen nabij de Aarde, zoals gemeten door de GOES-satelliet, die zich bevindt in een geostationaire baan boven de Stille Oceaan. De tabel hieronder laat ons de verschillende zonnevlam klasses zien:

Elke klasse is logaritmisch, waarbij elke klasse 10 keer sterker is dan de vorige, en binnen elke categorie varieert de sterkte van 1 tot 9. Bijvoorbeeld: B1 tot B9, C1 tot C9, enz. Oorspronkelijk waren de klasses beperkt tot C, M en X. Toen de instrumenten in de loop der jaren gevoeliger werden, konden kleinere zonnevlammen worden waargenomen die vervolgens werden gelabeld als A en B. Op dezelfde manier konden Y en Z volgen op X als er een X10 of sterkere zonnevlam werd waargenomen, maar deze zijn nooit gebruikt. In plaats daarvan gebruikten wetenschappers nog steeds de X-klasse voor het labelen van zeer grote vlammen (bijvoorbeeld de X40 van 4 november 2003 en niet Y4).

A & B-klasse zonnevlammen

De A & B-klasse zonnevlammen zijn de twee laagste klasse zonnevlammen en niet echt interessant. De achtergrond flux (hoeveelheid straling terwijl er geen zonnevlammen zijn) zit vaak in de B-klasse tijdens het zonnemaximum en in de A-klasse tijdens het zonneminimum.

C-klasse zonnevlammen

Dit zijn kleine zonnevlammen die weinig of bijna geen waarneembare effecten hebben hier op Aarde. Alleen C-klasse zonnevlammen die lang duren, zouden mogelijk coronale massa uitstoten kunnen produceren maar die zijn veelal zwak en langzaam. Bij aankomst op Aarde veroorzaken ze veelal geen significante geomagnetische verstoring.

M-klasse zonnevlammen

M-klasse zonnevlammen vormen de middenmoot, de halfgrote zonnevlammen. Ze veroorzaken kleine radiostoringen aan de dagzijde van de Aarde. Kleine protonenstormen kunnen zich voordoen wanneer er een M-klasse zonnevlam plaatsvindt. Meer zware en langdurige M-klasse zonnevlammen kunnen zorgen voor poollicht in Nederland en België.

X-klasse zonnevlammen

De X-klasse zonnevlammen zijn de grootste en sterkste zonnevlammen die er zijn, en komen ongeveer 10x per jaar voor, meer tijdens het zonnemaximum dan tijdens het zonneminimum. X-klasse zonnevlammen zorgen voor radiostoringen (radio black-outs) aan de dagzijde van de Aarde en kunnen ook voor langdurige en sterke protonenstormen zorgen. Als de uitbarsting niet impulsief is en plaatsvindt rond een zonnevlekkengebied dat centraal op de zonneschijf staat, is er kans dat er een coronale massa uitstoot vrijkomt die een sterke geomagnetische storm kan veroorzaken met groots poollicht in Nederland en België.

Afbeelding: Een X-klasse zonnevlam zoals gezien door de NASA Solar Dynamics Observatory in de 131 Ångström golflengte.

Een subklasse hierin zijn de zeer uitzonderlijke super X-klasse zonnevlammen. Dit zijn de uitbarstingen vanaf X10 en zwaarder. Gelukkig komen deze uitbarstingen niet vaak voor (slechts enkele keren in een zonnecyclus) want de gevolgen op Aarde kunnen extreem zijn. De coronale massa uitstoten die met dit soort uitbarstingen gepaard gaan, kunnen leiden tot schade aan onze moderne technologie zoals satellieten en elektriciteitsinstallaties.

Te noteren bij deze zonnevlammen is dat bijvoorbeeld een X20 zonnevlam niet tien keer zo sterk is als een X10 zonnevlam: een X10 zonnevlam staat gelijk aan een piek van 0.001 Watts/m2 waar een X20 zonnevlam gelijk staat aan een piek van 0.002 Watts/m² in de 1-8 Ångstrom golflengte.

De zwaarste uitbarsting sinds de metingen van zonnevlammen begonnen in 1976, was waarschijnlijk een X40 zonnevlam op 4 november 2003 tijdens zonnecyclus 23. De detectoren op de GOES-12 satelliet, die de kracht van zonnevlammen meet, raakte 12 minuten lang verzadigd bij X24,86 door de intense straling. Een latere analyse resulteerde in een geschatte pieksterkte van X40 al is dit nog een punt van discussie, er zijn wetenschappers die denken dat de zonnevlam nog sterker was dan X40. Gelukkig lag het gebied dat deze uitbarsting produceerde tijdens de X40 zonnevlam al op de zonnerand maar toch was een deel van de coronale massa uitstoot aardegericht. Deze coronale massa uitstoot kwam aan op Aarde op 6 november 2003. Er is sinds de nieuwe generatie GOES satellieten nog geen zonnevlam geweest die de instrumenten op GOES verzadigde maar wetenschappers verwachten dat ook bij de huidige generatie GOES satellieten de instrumenten zullen verzadigen rond de X24,86 klasse.

Hoge frequentie (HF) radio black-outs veroorzaakt door zonnevlammen

Zonnevlammen produceren grote hoeveelheden röntgenstralen en ultraviolet licht, wat kan leiden tot problemen met hoge frequentie radioverkeer (High Frequency - HF) aan de dagzijde van de Aarde. De effecten zijn het meest intens op locaties waar de Zon op dat moment in het zenith staat. Het is vooral het hoge frequentie radioverkeer tussen 3 MHz en 30 MHz dat tijdens zonnevlammen wordt beïnvloed maar ook de ultrakorte golf tussen 30 MHz en 300 MHz (Very High Frequency - VHF) en hogere frequenties kunnen last hebben van een slechtere ontvangst.

Deze radio black-outs zijn het resultaat van een hogere dichtheid aan elektronen in de lagere ionosfeer (D-laag) tijdens een zonnevlam. Radiogolven verliezen veel energie bij het passeren van deze laag. Hierdoor zullen de radiogolven niet de veel hogere E, F1 en F2 lagen kunnen bereiken waar deze radiogolven normaal afgebogen worden en terug naar het aardoppervlak weerkaatst worden.

Radio black-outs zijn verreweg de meest voorkomende ruimteweer gebeurtenissen op Aarde. Kleine gebeurtenissen komen ongeveer 2000 keer voor tijdens een zonnecyclus. Radio black-outs zijn ook de gebeurtenissen die het snelst voelbaar zijn op Aarde. De elektromagnetische emissie die vrijkomt tijdens een zonnevlam reist zo snel als het licht en doet er dus iets meer dan 8 minuten over om van de Zon naar de Aarde te reizen. Radio black-outs kunnen enkele minuten duren maar ook enkele uren. Dat ligt eraan hoe lang een zonnevlam duurt. Hoe ernstig een radio black-out is, hangt af van de kracht van de zonnevlam.

De hoogste getroffen frequentie tijdens een röntgen radio black-out wordt bepaald aan de hand van de huidige röntgenflux tussen de 1-8 Ångström daar waar de Zon op dat moment loodrecht boven het aardoppervlak staat. De hoogste getroffen frequentie kan bepaald worden met een formule. Hieronder vind je een tabel die toont wat de hoogste getroffen frequentie is tijdens een bepaalde röntgenwaarde.

R-schaal

NOAA gebruikt een vijf-niveau's systeem genaamd de R-schaal, om een gemakkelijke indicatie te geven van hoe ernstig een radio black-out is. Deze schaal gaat van R1 tot R5, waar R1 het laagste niveau is en R5 het hoogste niveau. Ieder R-niveau heeft een bepaalde röntgenwaarde als drempel. Bijvoorbeeld: een R1 radio black-out doet zich voor zodra de röntgenwaarde, zoals gemeten door GOES, de M1 overstijgt. R2 voor een röntgenwaarde van M5… etc. Via Twitter stuurt Poollicht.be alerts zodra een radio black-out niveau gehaald word. Doordat ieder R-niveau een bepaalde röntgenwaarde voorstelt, kan je deze alerts meteen associëren met een zonnevlam die op dat moment plaatsvindt. We kunnen de volgende niveaus onderscheiden:

De afbeelding hieronder laat de effecten zien van een X1 (R3-sterk) zonnevlam aan de dagzijde van de Aarde. We zien dat de hoogste getroffen frequentie ongeveer 25 MHz bedraagt, daar waar de Zon loodrecht op het aardoppervlak staat. Frequenties lager dan de hoogste getroffen frequentie verliezen nog meer energie dan hogere frequenties.

Afbeelding: NOAA SWPC - D Region Absorption Product. Het D-regio absorptie model wordt gebruikt om te begrijpen waar en in welke omvang de verstoring van hoogfrequente (HF) radiosignalen voorkomt.

<< Keer terug naar vorige pagina