De kolkende zon in ongekend detail

Astronomie Een telescoop op Hawaï maakte de meest gedetailleerde zonnefoto tot nu toe. Cellen van koeler en heter gas zijn zichtbaar.

Het zonneoppervlak. De hoekige cellen hebben diameters van 1.000 kilometer. Het centrale gedeelte bestaat uit heet gas, de randen zijn koel.
Het zonneoppervlak. De hoekige cellen hebben diameters van 1.000 kilometer. Het centrale gedeelte bestaat uit heet gas, de randen zijn koel. Foto NSO/AURA/NSF

Zó gedetailleerd zagen we de zon nog nooit. Woensdagavond zijn de eerste beelden gepresenteerd die met de nieuwe Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) op het Hawaïaanse eiland Maui zijn gemaakt. Ze geven een spectaculaire indruk van het kolkende zonneoppervlak.

De zon heeft een middellijn van bijna 1,4 miljoen kilometer – ruim 100 aarddiameters – en bestaat bijna volledig uit de gassen waterstof en helium. Ze is in wezen een grote energiefabriek. In haar centrum wordt, onder extreem hoge druk en temperatuur, waterstof omgezet in helium.

De kleinste details zijn 30 kilometer groot, de granulen zijn ongeveer 1.000 kilometer breed. Foto NSO/NSF/AURA

Bij dat proces komt enorm veel energie vrij, die zich een weg naar buiten baant. Dat gebeurt aanvankelijk alleen in de vorm van straling, maar vanaf ongeveer 175.000 kilometer onder het zonneoppervlak krijgt een ander mechanisme de overhand: convectie. Daarbij stijgt materie door de verhitting van onderaf op, koelt af wanneer ze het oppervlak bereikt en zakt vervolgens weer omlaag. Dit proces is vergelijkbaar met wat er in een pan met kokend water gebeurt.

Van bovenaf gezien vertoont het zonneoppervlak hierdoor een korrelig patroon van hoekige cellen – de zogeheten granulen. Het heldere centrale deel van zo’n cel bestaat uit opstijgend heet gas, de donkere rand uit koeler dalend gas.

De foto en video die met de nieuwe zonnetelescoop zijn gemaakt laten dat duidelijk zien. De kleinste details op deze opnamen hebben afmetingen van een kilometer of 30. De granulen zelf zijn aanzienlijk groter: ze hebben diameters van ongeveer 1000 kilometer – anderhalf keer Frankrijk.

Corona

De nieuwe zonnetelescoop is uitgerust met een 4 meter grote hoofdspiegel en is daarmee de grootste in zijn soort. Deze spiegel bundelt het zonlicht, dat vervolgens naar een instrumentruimte wordt geleid. Daar wordt het licht gesplitst in deelbundels die naar vijf verschillende camera’s gaan. Met deze instrumenten wordt niet alleen het oppervlak van de zon bestudeerd, maar ook haar atmosfeer – inclusief de ijle corona, die normaal gesproken alleen waarneembaar is tijdens totale zonsverduisteringen.

De zonnetelescoop is ondergebracht in een gesloten koepel, die bedekt is met dunne koelplaten, voorzien van luiken – voorzieningen die de binnentemperatuur moeten stabiliseren. Omdat bij het bundelen van zonlicht enorm veel warmte vrijkomt, is het observatorium tevens voorzien van een omvangrijk koelsysteem.

Overigens wordt ook in Europa gewerkt aan een nieuwe zonnetelescoop. Deze European Solar Telescope (EST) moet ongeveer dezelfde omvang krijgen als de DKIST, maar gaat er heel anders uitzien. Het ontwerp ervan is ontleend aan de Nederlandse Dutch Open Telescope (DOT) op het Canarische eiland La Palma, die sinds 2010 niet meer voor zonneonderzoek wordt gebruikt. Net als de DOT komt de EST op een platform te staan en krijgt hij een ‘open’ ontwerp, waarbij de lucht vrij door de telescoop kan stromen.

Scherpe details

Voormalig manager van de DOT, Felix Bettonvil van de Universiteit Leiden, noemt de opname „indrukwekkend”, des te meer omdat in moderne zonnetelescopen de optiek niet meer in een vacuüm wordt geplaatst, mailt hij. „Het is daardoor veel moeilijker om scherpe beelden te krijgen.”

Emeritus zonnefysicus Rob Rutten, van het in 2012 opgeheven Sterrekundig Instituut Utrecht, beaamt dat DKIST tien keer kleinere details laat zien dan de DOT, maar voegt daar fijntjes aan toe dat deze laatste ook tien keer zo klein was en minstens dertig keer zo goedkoop. Ook plaatst hij een kanttekening bij de bereikte beeldscherpte: „Ik denk dat ze dezelfde beeldreconstructietechniek hebben gebruikt als wij bij de DOT destijds. Dan heb je meer frames opgenomen dan getoond in dit filmpje en maak je van elke pakweg tien beelden een scherper filmbeeld door snelle beeldverstoringen van de aardatmosfeer weg te werken.”