Anders dan de naam doet vermoeden, is de Big Red Ball geen stuk speelgoed maar een experimentele opstelling om zonnewind in het laboratorium mee na te maken.
Een tripje naar de zon zit er, met een oppervlaktetemperatuur van een ruime 5500 graden Celsius, niet in. Om zonnewind – de stromen geladen gasdeeltjes die aan het oppervlak van de zon ontsnappen – te onderzoeken, haalden natuurkundigen de zon daarom naar onze aardbol. Althans, ze bouwden iets wat erop lijkt. Met de Big Red Ball wisten de onderzoekers de zonnewind in het laboratorium na te bootsen. De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Physics.
Lees ook:
Plasmabol
Onze zon is in essentie een grote, gloeiendhete bol geïoniseerd gas, oftewel plasma. Althans, de binnen- en de buitenkant. Daartussenin zijn de lagen – die binnen en buiten volledig van elkaar scheiden – ongeladen, net als onze dampkring.
Met het draaien van de zon, draait ook het plasma. Door de beweging van het geïoniseerde gas in de kern ontstaat het magnetisch veld van de zon. Soms ontsnappen wat van die geladen ‘zonnedeeltjes’ aan de trekkende kracht van de zon en schieten ze met hoge snelheid de ruimte in; dat noemen we zonnewind.
“Er zijn ruwweg twee typen zonnewind: snel en langzaam”, vertelt Ethan Peterson, auteur van het onderzoek in een persbericht. “Satellietmissies hebben aardig vastgelegd waar de snelle (700 km/s, red.) vandaan komt. Daarom proberen we na te gaan hoe de langzame (300 km/s, red.) ontstaat en verandert op weg naar aarde.”
Parkerspiraal
Zonder directe toegang tot de zon maakten de onderzoekers the next best thing: de Big Red Ball, een gloeiendhete, drie meter brede, holle bol met een sterke magneet in de kern. Door er heliumgas in te pompen en dat te ioniseren, maakten de onderzoekers plasma. Vervolgens joegen ze er een elektrische stroom doorheen, et voilà; je krijgt draaiend plasma en een elektromagnetisch veld vergelijkbaar met dat van de zon.
De Big Red Plasma Ball in de Wisconsin-Madison-universiteit. © Jeff Miller/UW-Madison
Rond de ‘mini-zon’ ontstond een structuur vergelijkbaar met de Parkerspiraal. Dat is een spiraalvormig magnetisch veld van de zon (de ster heeft er meerdere) dat zich tot miljarden kilometers het heelal in strekt. Volgens de onderzoekers bewijst dit het bestaan van en de mechaniek achter de spiraal rond de zon.
Zonnefysicus Rob Rutten (Universiteit Utrecht) is niet verrast. “De nieuwigheid van de machine is dat hij snel draait. Dat je dan de Archimedesspiraal krijgt (de vorm van de Parkerspiraal, vernoemd naar de ontdekker, red.), is meer dan logisch.”
Zonneboertjes
Ook zag het team zogenaamde ‘plasmaburps’. Die ‘zonneboertjes’ zijn kleine, periodieke uitstoten plasma die zonnewind aanzwengelen. Met de Big Red Ball maten ze de oorsprong; daar waar het plasma snel genoeg bewoog en het magnetisch veld zwak genoeg was zodat het plasma kon ontsnappen. Ook deze waarneming verrast Rutten niet: “Dat er ‘blobs’ naar buiten schieten, is logisch omdat dit soort instabiliteit een inherent onderdeel van plasmabeweging is.”
De binnenkant van de ‘mini-zon’. © Jeff Miller/UW-Madison
Toch noemt Rutten het een interessant experiment en een goede stap vooruit. “Plasmafysica is een moeilijk vak waarin nog veel onbegrepen is.” Wel vindt Rutten dat de onderzoekers te sterk zijn met hun een-op-een-vergelijking. De Big Red Ball blijft immers een imitatie. “Het is de eerste machine op aarde die dingen doet die lijken op wat de zonnewind op veel grotere schaal doet”, nuanceert hij. “Allicht leren deze experimenten en simulaties ons meer over de processen zoals ze in de zon optreden.”
De aardse opstelling vult onderzoek naar zonnewind mooi aan, maar, zo benadrukken de onderzoekers, het kan satellietmissies niet vervangen. Zo moet de Parker Solar Probe in 2024 op een astronomisch kleine afstand van 6,3 miljoen kilometer metingen aan de zon gaan doen. Dichterbij onze ster was een ruimtevaartuig nog nooit.
Bronnen: Nature Physics, EurekAlert!, Science News
Beeld: Peterson et al., 2019/Nature Physics; Jeff Miller/UW-Madison; Science News/Youtube
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!