Vlekken tellen

De activiteit van de zon manifesteert zich onder meer door het aantal zonnevlekken. Het verloop van de zonne-activiteit vertoont een globale overeenkomst met dat van de gemiddelde temperatuur op aarde.

DE ZON was de afgelopen maanden opmerkelijk actief. Op foto's, gemaakt door de Europse zonnesatelliet SOHO, was te zien hoe gigantische hoeveelheden gas werden weggeslingerd. Op 4 november zagen astronomen de hevigste zonnevlam die ooit was waargenomen. Dit alles gebeurde twee jaar nadat onze buurster een maximum in haar activiteitscyclus was gepasseerd. Volgens astronomen was er niets bijzonders aan de hand, omdat de zon nu eenmaal grillig is. Maar onderzoek van Finse en Duitse geofysici suggereert dat er misschien wél wat aan de hand is. De zon is namelijk al een tijd veel actiever dan zij in meer dan duizend jaar is geweest.

De activiteit van de zon manifesteert zich niet alleen in de intensiteit en frequentie van uitbarstingen, maar ook in het aantal vlekken dat zij vertoont: gebieden die koeler zijn en dus donker lijken. In perioden van maximale activiteit zijn elke dag vele vlekken te zien, terwijl de zon rond minimale activiteit vele weken achtereen vlekkenloos kan zijn. Deze variatie – van vlekken, erupties en ook de totale hoeveelheid straling – duurt gemiddeld elf jaar, maar hierop kunnen afwijkingen tot vier jaar voorkomen. Ook de maxima en minima van de cyclus variëren sterk. De cyclus is een gevolg van het periodiek variërende magnetische veld van de zon, dat op zijn beurt wordt veroorzaakt door een `dynamo' in het inwendige: een complexe wisselwerking tussen bewegende gassen, elektrische stromen en magnetische velden.

Koolzuur

Hoe deze dynamo precies werkt, is nog niet duidelijk. Om daar meer inzicht in te krijgen, evenals in de invloed van de zon op ons klimaat, willen astronomen graag weten hoe actief de zon vroeger was. Dat is met behulp van zonnevlekken slechts tot 1610 kort na de uitvinding van de telescoop te achterhalen. Voor de tijd daarvóór is men aangewezen op indirecte aanwijzingen, met name 14-koolstof en 10-beryllium. Deze isotopen ontstaan waar deeltjes van de kosmische straling hoog in de dampkring tegen atomen botsen. C belandt door koolzuurassimilatie in onder andere bomen, terwijl Be via de neerslag in onder andere poolijs belandt. Bij grotere zonne-activiteit wordt minder C en Be geproduceerd, doordat het magnetische veld van de zon dan meer kosmische straling `wegduwt'. Bij afnemende activiteit neemt de productie toe. De concentraties C en Be in boomringen en ijskernen verraden zo de activiteit van de zon.

Tot nu toe werd bij deze techniek uitgegaan van een direct, lineair verband tussen de gemeten isotopen en de zonne-activiteit. Een groep Finse geofysici, geleid door Ilya Usoskin van de universiteit van Oulu, heeft nu een model ontwikkeld dat de relatie tussen Be en zonne-activiteit beschrijft, en rekening houdt met fysische verschijnselen. Behalve de energie van de kosmische deeltjes, hun beweging in het zonnestelsel en het gedrag van het magnetische veld van de zon zijn ook de botsingsmechanismen in de hogere atmosfeer erin verwerkt.

Ter toetsing van hun model hebben Usoskin en haar collega's gekeken of met de sinds 1610 waargenomen variaties in de zonne-activiteit de gemeten variaties van het istotoop Be in ijskernen op Groenland en Antarctica konden worden verklaard. Als maat voor de zonne-activiteit namen zij het bekende relatieve zonnevlekkengetal: een AEX-achtig getal dat wordt afgeleid uit het aantal vlekken en vlekkengroepen dat op de zon is te zien. In de Physical Review Letters van 21 november laten de onderzoekers zien dat deze reconstructie inderdaad een vrij nauwkeurig resultaat oplevert. Het model heeft alleen de neiging bij zeer geringe zonne-activiteit ietwat te grote waarden te voorspellen.

Boomringen

Vervolgens hebben de onderzoekers de zaak omgedraaid en, uitgaande van de gemeten berylliumconcentraties in het poolijs, de variaties in de activiteit van de zon teruggaande tot het jaar 850 gereconstrueerd. Deze reconstructie bevestigt het bestaan van een zeer lange periode waarin de zon erg actief was (tussen ongeveer 1100 en 1250) en van kortere perioden waarin haar activiteit juist minimaal was (zoals rond 1810, 1675, 1475 en 1050). Het bestaan hiervan was al eerder afgeleid uit concentraties C gemeten in boomringen. Het opmerkelijkst is echter dat nu duidelijk uitkomt dat de activiteit van de zon sinds 1940 nog nooit zo hoog is geweest als in de duizend jaar daarvóór.

De elfjarige cyclus van toenemende en afnemende activiteit bestaat nog steeds, maar het gemiddelde daarvan is in de afgelopen decennia naar steeds hogere waarden geklommen. Deze ongewoon hoge activiteit suggereert dat de dynamo in de zon zich nu in een toestand bevindt die niet `normaal' is voor deze ster, aldus de onderzoekers.

De activiteit impliceert ook dat de zon sinds de tweede helft van de vorige eeuw meer erupties heeft vertoond dan in het millennium ervoor en dat de aarde sinds die tijd ook door grotere aantallen energierijke deeltjes is bestookt. Ook de verschijnselen die hiermee samenhangen het optreden van poollicht, onrust in het aardmagnetische veld en verstoringen in elektrische systemen waren dus frequenter en intenser. De record-eruptie van 4 november is zeker geen bewijs van deze ongewone situatie, maar past wel in een trend. De ongewoon hoge activiteit van de zon zou ook zijn weerslag op het klimaat kunnen hebben. In een artikel dat binnenkort in Astronomy & Astrophysics verschijnt, wijzen de onderzoekers op de globale overeenkomst tussen het door hen gereconstrueerde verloop van de gemiddelde zonne-activiteit en het door klimatologen gereconstrueerde verloop van de gemiddelde temperatuur op aarde. Langdurige perioden van minimale activiteit blijken globaal samen te vallen met koelere perioden (zoals de `Kleine IJstijd', tussen ongeveer 1645 en 1715), terwijl de langdurige hoge activiteit tussen 1100 en 1250 samenvalt met een betrekkelijk warme periode: het Middeleeuws Maximum.

Uniek

Verder vertoont zowel de gemiddelde zonne-activiteit als de gemiddelde wereldtemperatuur kort voor 1900 een langzame afname die rond 1950 overgaat in een snelle stijging. Daarom is de huidige periode van extreme zonne-activiteit natuurlijk koren op de molen van onderzoekers die menen dat de invloed van de zon op het klimaat wordt onderschat en die van de mens overschat. Klimatologen menen dat de snelle stijging van de wereldtemperatuur na ongeveer 1960 uniek is voor de afgelopen duizend jaar en welhaast zeker op een menselijke invloed wijst. Maar het is wel frappant dat nu ook het gedrag van de zon sinds dat jaar uniek blijkt voor diezelfde duizend jaar.