België houdt de zon in het vizier

Met name de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) en het Centre Spatial de Liege (CSL) zijn van de partij. STEREO staat voor Solar TErrestrial RElations Observatory. Het gaat om twee satellieten van de Amerikaanse ruimevaartorganisatie NASA in verschillende banen rond de zon.

Ze bevatten elk 16 wetenschappelijke instrumenten die voor het eerst driedimensionale beelden zullen opleveren van de zon en zijn omgeving.

Openstaande vragen

'Onze ster, de zon, en in het bijzonder haar buitenste atmosfeer, de corona, is zeer dynamisch. We begrijpen nog altijd niet hoe ze precies werkt', zegt Frédéric Clette, een zonnefysicus aan de KSB.

Precies daarom zijn de STEREO-satellieten gelanceerd. Ze moeten nog verschillende openstaande vragen van de moderne zonnefysica trachten op te lossen. Eén van de belangrijkste is de fysica van de zogenaamde coronale massa-uitstoten (in het Engels coronal mass ejection of CME). Dit zijn enorme en zeer krachtige magnetische uitbarstingen van de zonneatmosfeer.

Ze doen zich voor wanneer plasma van de zonnecorona, samen met het ingebed magnetisch veld, in de heliosfeer (het gebied waarin de zonnewind, een stroom geladen deeltjes afkomstig van de zon, overheerst) wordt uitgestoten met zeer hogesnelheden. De cijfers zijn indrukwekkend: het plasma wordt verwarmd tot meer dan één miljoen graden, terwijl de uitgeworpen massa van een miljard ton snelheden bereikt van meerdere miljoenen kilometers per uur.

Verstoord ruimteweer

Als de plasmawolk in de richting van de aarde uitge stoten wordt, komt hij hier gemiddeld na drie of vier dagen aan. Het fenomeen is de voornaamste bron van verstoord ruimteweer, zo genoemd naar analogie met het gewone weer op aarde.

Het ruimteweer omvat de zonneactiviteit en zijn invloed op de heliosfeer, in het bijzonder in de omgeving van de aarde. Verstoringen in het ruimteweer kunnen de prestaties en de betrouwbaarheid van technologische systemen (zowel in de ruimte als op de aarde) beperken en zelfs het menselijke leven en onze gezondheid beïnvloeden.

Onze maatschappij is steeds meer afhankelijk van geavanceerde technologie die gevoelig is voor storingen, veroorzaakt door de grillen van het ruimteweer. De voorspelling van de ruimteweer wordt daarom stees belangrijker.

CME’s kunnen de omgeving van de aarde in de ruimte op verscheidene manieren verstoren. Zij kunnen geomagnetische stormen veroorzaken door interactie met het magneetveld van de aarde. Een geomagnetische storm kan verschillende gevolgen hebben, zoals problemen met satellieten, verstoringen van het elektriciteitsnet, storingen van radioverbindingen en van het Global Positioning System(GPS), tot zelfs verhoogde corrosie van pijpleidingen.

Poollicht

Het meest spectaculaire fenomeen van geomagnetische stormen is het poollicht (aurora), dat meestal in noordelijke streken zoals Scandinavië wordt waargenomen. Soms, zoals tijdens de opzienbarende geomagnetische storm van 30 oktober 2003, is poollicht zelfs in België te zien, maar dat is zeer uitzonderlijk.

Een andere wijze waarop een CME het ruimteweer kan beïnvloeden is door de versnelling van geladen deeltjes. De aardse atmosfeer en magneetveld beschermen onze planeet grotendeels tegen de directe blootstelling aan deze deeltjes. Astronauten die echter naar de maan of Mars reizen zouden een schadelijke of zelfs fatale stralingsdosis kunnen oplopen. Bovendien kunnen de energetische deeltjes ook de elektronica aan boord van satellieten verstoren.

Jammer genoeg begrijpen zonnefysici het ontstaan van CME’s nog niet volledig. De waarnemingen van de zonnecorona gebeurden tot nu toe immers slechts vanuit één enkel perspectief vanaf een punt dicht bij de aarde.

Dubbel perspectief

Tijdens hun baan om de zon, zullen de twee STEREO-satellieten geleidelijk verder 'uiteendrijven'. Eén satelliet gaat de aarde steeds verder 'voorop', de andere volgt onze planeet steeds verder 'achterop'. Op deze manier kunnen gelijktijdig beelden vanuit twee perspectieven genomen worden.

De STEREO-waarnemingen bootsen als het ware het menselijke zicht na en dat levert driedimensionale gegevens op, als het ware een dieptezicht. Een 3D-beeld van de CME-structuur is nodig om de fysica en eigenschappen van CME’s beter te begrijpen.

Een ander essentieel probleem is de voortbeweging van CME’s door de heliosfeer. Om de aankomsttijd van CME’s op aarde te voorspellen moet de naderingssnelheid gemeten worden. De snelheid in de richting van de aarde kan echter niet gemeten worden vanaf de aarde zelf. STEREO geeft een bijkomend zijaanzicht van deze CME’s, wat een veel gunstiger perspectief is voor het meten van de snelheid. Voor het eerst zal STEREO CME’s kunnen volgen tijdens hun trip van de zon tot aan de aarde door het gebruik van een speciaal instrument, de Heliospheric Imager.

Europese betrokkenheid

Europese deskundigen hebben een belangrijke rol gespeeld bij de ontwikkeling en bouw van verschillende instrumenten aan boord van de STEREO-satellieten. Op die manier kunnen de onderzoekers verderbouwen op de succesvolle waarnemingen van het ESA/NASA SOlar and Heliospheric Observatory (SOHO), dat al 11 jaar operationeel is.

SOHO zal overigens een belangrijke rol spelen bij STEREO. SOHO zorgt voor nog een derde gezichtspunt en samen met de STEREO-gegevens levert dat een nog beter driedimensionaal en een nog vollediger beeld op van het reilen en zeilen van onze ster.

Rond 2015 wil ESA de Solar Orbiter in de ruimte brengen. Die zal de zon dichter naderen dan enige andere sonde en een heuse close-up leveren van het oppervlak en de polen van onze ster.

STEREO en de KSB

Het team zonnefysica van het Solar Influences Data analysis Center (SIDC) van de Koninklijke Sterrenwacht van België werkt mee aan STEREO. Gedurende vele jaren hebben de wetenschappers van het SIDC de fysica van de zonnecorona en van CME’s bestudeerd.

De informatie over het ruimteweer van de STEREO-satellieten is van bijzonder belang aangezien deze in real time zal gebruikt worden voor de dagelijkse ruimteweervoorspellingen van het SIDC.

'Wij zullen zoveel gegevens krijgen van STEREO dat wij – zoals in de meteorologie – automatische verwerking van de beelden per computer nodig zullen hebben', zegt Eva Robbrecht, zonnefysicus bij de Koninklijke Sterrenwacht van België.

SIDC zal geavanceerde software gebruiken voor de geautomatiseerde verwerking van de STEREO-gegevens. De zonnetelescopen aan boord van STEREO volgen op het grote succes van de Extreme-ultraviolet Imaging Telescope (EIT) aan boord van de SOHO-missie. België leverde aan dit instrument een aanzienlijke bijdrage.

De Belgische wetenschappers hopen de STEREO-gegevens te kunnen gebruiken om de zon beter te begrijpen en de betrouwbaarheid van ruimteweervoorspellingen te verhogen. De recente ontwikkelingen in verband met onze kenis van het ruimteweer zullen tijdens de Derde Europese Week van het Ruimteweer ter sprake komen. Die wordt in november georganiseerd door het SIDC in Brussel.

De Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) is een federale wetenschappelijke instelling, gevestigd in Ukkel. De KSB maakt saen met het Koninklijk Meteorologisch Instituut (KMI) en het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA) deel uit van de zogenaamde Ruimtepool. Het SIDC is het departement zonnefysica van de KSB.

STEREO en het CSL

Het Centre Spatial de Liège (CSL) leverde een belangrijke bijdrage aan de ontwikkeling van de Heliospheric Imagers, die behoren tot de meest innoverende instrumenten aan boord van de STEREO-satellieten.

CSL werkte een dubbel optisch systeem uit voor breedbeeldfotografie van de heliosfeer. Zulk een optisch systeem kan enkel gebruikt worden samen met een ander optisch element, dat bestudeerd en getest werd door het CSL: een soort zonneluifel om ongewenst zonlicht tegen te houden. De twee instrumenten zijn gekwalificeerd en optisch geijkt in de ruimtesimulators en de optische testfaciliteiten van het CSL.

Het Centre Spatial de Liège (CSL) is een onderzoeksinstelling van de universiteit van Luik. De Space Instrument Group van het CSL ontwikkelt hardware voor wetenschappelijke experimenten in de ruimte.

Federaal Wetenschapsbeleid

De totale kosten van de Belgische deelname in STEREO bedragen 2,8 miljoen euro, met inbegrip van de hardware (1,9 miljoen euro) en de wetenschappelijke voorbereiding (0,9 miljoen euro). De Belgische bijdrage wordt gefinancierd door het Federaal Wetenschapsbeleid. Dat zal ook het onderzoek in België financieren van de STEREO-gegevens.

Het Federaal Wetenschapsbeleid beheert de Belgische (publieke) deelname in O&O-activiteiten, uitgevoerd door de industrie en Belgisch wetenschappers op het vlak van de de ruimtevaart.

naar een mededeling van David Berghmans van
de Koninklijke Sterrenwacht van België

Meer informatie

David Berghmans (KSB/SIDC)
02/3730559
david.berghmans@sidc.be

Jean-Philippe Halain (CSL)
04/3676668
jphalain@ulg.ac.be

Jean-Marc Defise (CSL)
04/3676668
jmdefise@ulg.ac.be