Meten met de maan als onmisbare coronograaf

Eerdere eclipsen bevestigden het gelijk van Einstein. Opnieuw hopen wetenschappers nu van de duisternis te profiteren, bijvoorbeeld om de geheimen van de corona te ontsluieren.

EEN TOTALE zonsverduistering komt voor de wetenschapper als een geschenk uit de hemel. Alleen dan valt vanaf de aarde de corona te bestuderen, de extreem hete buitenmantel van de zon. Die heeft een temperatuur van 2 miljoen graden Celsius, terwijl het aan het zonsoppervlak `slechts' 6.000 graden is.

Het waarom van deze temperatuursprong is nog altijd niet goed bekend. In ieder geval heeft het te maken met het magnetisme van de zon. Recent onderzoek heeft aangetoond dat het zonsoppervlak is op te vatten als een `magnetisch tapijt' waaruit buisvormige lussen met veldlijnen steken, honderden kilometers dik.

Als gevolg van convectiestromingen zijn ze uiterst beweeglijk, zodat aan één stuk door elektrische kortsluitingen optreden: een hels onweer dat de corona opwarmt.

Het beeld van het zonsoppervlak als magnetisch tapijt rijst op uit waarnemingen vanuit satellieten als TRACE (Transition Region and Coronal Explorer) en SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). De eerste is sinds april vorig jaar in functie, de tweede ging in december 1995 de lucht in en is zojuist hersteld van een black out. Maar om snelle wisselingen in de locaties van de buisvormige lussen te kunnen volgen, met periodes van een seconde of nog minder, zijn satellieten ongeschikt. Dat komt omdat de schijf die de detector van een satelliet afschermt tegen rechtstreeks zonlicht door zijn kleine omvang kampt met hinderlijk strooilicht.

De maan als coronograaf is daarentegen onovertroffen, zodat corona-waarnemingen vanaf de aarde tijdens een zonsverduisteringen zeer zinvol zijn, ook als ijking voor opnames vanuit de satelliet.

Een pionier op dit gebied is de astronoom Jay Pasachoff. Op 11 augustus hoopt de Amerikaan zijn 27ste eclips te beleven – vorig jaar februari was hij met zijn team present op Aruba. Pasachoff speurt sinds de zonsverduistering van februari 1980 naar intensiteitswisselingen in de zeer specifieke kleur groen die ijzerionen uit de corona uitzenden, in de hoop langs deze weg het mechanisme achter de hete corona te ontsluieren. De keuze gaat dan tussen golven in het plasma en kleinschalige, kortstondige processen gekoppeld aan elektrische ontladingen.

Vergelijkbaar onderzoek wordt verricht door een team onder leiding van de Britse astronoom Ken Philips. In samenwerking met Poolse collega's van de Universiteit van Warschau is de afgelopen twee jaar een instrument gebouwd, SECIS (Solar Eclipse Coronal Imaging System), dat vijftig coronafoto's per seconde kan verwerken. Zo hoopt men, eveneens in groen licht, intensiteitswisselingen op nog veel kleinere tijdschalen in beeld te krijgen dan Pasachoff tot nu toe lukte.

Het experiment zal worden uitgevoerd in Sabla, een Bulgaars weerstation aan de Zwarte Zee, centraal gelegen in de totaliteitszone. De kans dat wolken roet in het eten zullen gooien is er klein, tegen meer dan 50 procent in Zuid-Engeland.

SECIS fotografeert via een spiegelconstructie (heliostaat) en een telescoop met een 200 mm lens een kwart van de zon. Het instrument is uitgerust met digitale camera's van 512 keer 512 pixels. Welk deel van de verduisterde zon wordt geschoten, beslissen satellietbeelden van direct vóór de eclips. Het is voor het eerst dat snelle elektronica in staat is een datastroom van zo'n enorme omvang vast te leggen.

Om een deel van de opstelling uit te testen reisde het SECIS-team vorig jaar naar Guadeloupe. Voorafgaand aan de eclips van 26 februari was het weer matig, maar op het moment suprême klaarde het op. Toch liep het mis. Tot ontsteltenis van Philips en zijn medewerkers gaf twee minuten voor aanvang van de totale zonsverduistering de generator die de instrumenten van stroom voorzag er opeens de brui aan, om direct na de terugkeer van de zonneschijf weer aan te slaan.

Ook de Belgen doen onderzoek aan de corona, maar daarnaast hebben ze een uitgebreid programma opgesteld voor het meten van de effecten van de totale zonsverduistering op de aardse atmosfeer. Omdat het zich allemaal vlakbij afspeelt kunnen ook zwaardere instrumenten worden ingezet die niet eenvoudig naar verre streken te transporteren zouden zijn geweest. Het feit dat België zijn eerste totale eclips sinds 1433 beleeft, heeft tal van onderzoeksgroepen die zich doorgaans met heel andere zaken bezig houden geïnspireerd tot het uitdenken van originele experimenten.

Uitgangspunt is dat het passeren van een schaduw van 120 kilometer breed, met een supersone snelheid van boven de 2.000 km per uur, zijn weerslag zal hebben op het atmosferische evenwicht. Getracht zal worden correlaties vast te stellen tussen veranderende lichtintensiteiten en schommelingen in de luchtdruk, temperatuur, luchtvochtigheid en zwaartekracht. Een door de hemel gegeven, zeer plotse en lokale ingreep in de aardse omstandigheden, en dat alles op een schaal waar geen mens aan kan tippen, kan nieuwe inzichten bieden in de uiterst complexe verbanden die de evolutie van de aardatmosfeer onder normale condities sturen.

Intussen blijft de beroemdste zonsverduistering uit de geschiedenis die van 29 mei 1919. Reden is dat zij op fraaie wijze de Algemene Relativiteitstheorie zou hebben bevestigd, die door Einstein in 1915 was voltooid. Volgens deze theorie volgt een lichtstraal die rakelings langs de zon scheert geen kaarsrecht pad, maar buigt hij af onder invloed van de enorme massa van de zon. Voor een aardse waarnemer lijkt de positie van een ster die in de directe omgeving van de zon aan de hemel staat om die reden iets verschoven. Ook de zwaartekracht van Newton voorspelt dit effect, maar bij Einstein is het twee keer zo sterk. Dat bood een prachtkans om te kijken welke theorie van de zwaartekracht de beste was: waar Newton een verschuiving van 0,8 boogseconde voorspelde, hield Einstein het op 1,7 boogseconde.

Nu is er een probleem: sterren in de directe omgeving van de zon zie je niet, hun licht gaat finaal kopje onder in het schijnsel van de zon zelf. Alleen tijdens een totale zonsverduistering kun je ze opmeten. En dus bepleitte de Britse astronoom Arthur Eddington – van wie werd gezegd dat hij naast Einstein de enige was die de Algemene Relativiteitstheorie begreep – in een rede voor de Royal Society in Londen op 1 februari 1918 een zonsverduisteringsexpeditie. Dat de Britten uitgerekend een Duitse theorie op juistheid moesten gaan controleren, stuitte in de dagen van de Eerste Wereldoorlog overigens op flinke weerstand.

Mei 1919 was het zover. Om de kans op succes te vergroten, rustten de Britten twee expedities uit: de een vertrok naar Sobral in Brazilië, de ander onder leiding van Eddington naar Principe, een eiland voor de kust van West-Afrika. Eddington had pech: toen het erop aankwam was de hemel enigszins bewolkt. Niettemin maakte hij zestien foto's. Achteraf bleken op twee platen toch nog vijf sterren te staan. De Sobralfoto's, gemaakt met twee telescopen, waren evenmin van optimale kwaliteit.

Vergelijking met foto's die enkele maanden later van hetzelfde deel van de hemel waren genomen – op een moment dat de zon ergens anders aan de hemel stond en het afbuigeffect dus niet meer speelde – leverde allerminst de onbetwiste steun die Einstein in populaire verhandelingen breed krijgt toebedeeld. De drie series metingen gaven in feite nogal uiteenlopende resultaten te zien en meer dan kwalitatieve steun voor Einstein viel er niet uit af te leiden.

Echt kwantitatieve overeenstemming kwam met de totale eclips van 21 september 1922. Opnieuw een Britse expeditie keerde toen met perfecte opnames terug uit Noordwest-Australië. Ze gaven Einstein ondubbelzinnig gelijk. De meester had niet anders verwacht. En als zijn voorspelling had gefaald? ,,Dan spijt het me voor de Lieve Heer, maar mijn theorie klopt.'