Noorderlicht: cadeautje van de zon

Iedereen die het wel eens heeft gezien, is er lyrisch over: het noorderlicht. Noorderlicht is hetzelfde als poollicht, maar dan poollicht op het noordelijk halfrond. Op het zuidelijk halfrond heet dit zuiderlicht. Bij noorderlicht zie je hoewel het buiten pikkedonker is groene of soms roze of rode lichtslieren door de lucht dansen. Het is echt betoverend om dit natuurverschijnsel met eigen ogen te zien.  

Figuur 1: Foto van het noorderlicht in Noorwegen. Bron: Rik Wildschut.

Hoe komt het dat je licht ziet in de donkere, nachtelijke hemel? Om daar achter te komen, moet je wat meer weten over de zon.

Hete gasbol

De zon bestaat niet zoals de aarde uit een grote klomp gesteente met binnenin gloeiendhete vloeistofstromen. Onze zon is een grote gasbol die vooral bestaat uit de stoffen waterstof en helium. Dat klinkt misschien alsof de zon geen grote dichtheid heeft, maar toch is dat niet zo. Binnen in de zon zitten de gasdeeltjes zo ontzettend dicht op elkaar gedrukt, dat het gewicht van een kubieke meter zon daar wel 150.000 kilogram is. Dat is alsof je zeven flinke vrachtwagens zou samenpersen tot een volume van 1 meter bij 1 meter bij 1 meter! Ter vergelijking: de gemiddelde dichtheid van de aarde is 5515 kilogram per kubieke meter.

Binnen in de zon is het extreem heet. De temperatuur in het binnenste van de zon is bijna 16 miljoen graden Celsius. Dat is ongelooflijk heet, zeker als je bedenkt dat wij de temperatuur die je op aarde nodig hebt voor het smelten van ijzer, 1538 graden Celsius, al super hoog vinden.

Figuur 2: De zon is een ster, een gloeiendhete gasbol. Bron: Wikimedia.

Plasma

Doordat de gasdeeltjes heel dicht op elkaar zitten binnen in de zon en het daar extreem heet is, zien de gasdeeltjes er niet meer uit zoals onder ‘normale’ omstandigheden. Door de extreme hitte bewegen de elektronen zo hard dat ze losraken van de atoomkern. De zon bestaat dan ook uit een soort gloeiendhete soep van door elkaar bewegende geladen deeltjes: negatief geladen elektronen en positief geladen atoomkernen. Deze toestand waarin de deeltjes zich bevinden – die afwijkt van de gasvormige toestand – noem je een plasma.

Kernfusie

De atoomkernen in het plasma van de zon zijn positief geladen. Je zou dus denken dat ze elkaar afstoten. Maar de atoomkernen in het hete plasma van de zon zitten zo dicht op elkaar, dat ze zelfs kunnen samensmelten. Dat komt omdat er ook een kracht werkt binnen in de kern van een atoom: de kernkracht. Alleen als atoomkernen heel dicht bij elkaar in de buurt komen, kunnen deze de afstotende kracht door lading overwinnen. Vervolgens zorgt de kernkracht ervoor dat ze samensmelten. Als twee atoomkernen samensmelten – ze fuseren – dan vormen ze nieuwe, zwaardere atomen. Dat proces noem je kernfusie. In de zon ontstaat zo bij fusie van twee waterstofatomen het zwaardere atoom helium.

Bij kernfusie in de zon komt heel veel energie vrij. Al die hitte zorgt ervoor dat er in de zon allemaal ronddraaiende warmtestromen lopen, die ook naar de buitenkant van de zon gaan waar de zon koeler is. Je kunt het vergelijken met het weer op aarde, waarbij ook allerlei luchtstromingen ontstaan door temperatuurverschillen in de atmosfeer. De warmtestromen in de zon sleuren geladen deeltjes met zich mee. En bewegende geladen deeltjes, dat betekent dat er stromen lopen.

Magnetisch veld

Zoals je misschien wel gehoord hebt, wekt een stroom die door een draad loopt een magnetisch veld op. Dat gebeurt ook in de zon door het stromen van geladen deeltjes. Ook hierdoor ontstaan magnetische velden.

Figuur 3: Magnetisch veld om stroomdraad. Bron: Wikimedia.

De magnetische veldlijnen die zo ontstaan, komen gedeeltelijk ook buiten de zon terecht. Een geladen deeltje dat in de buurt van zo’n magnetische veldlijn beweegt, ondervindt hierdoor een kracht – de Lorentzkracht – en zal om de magnetische veldlijn heen bewegen. In figuur 4 zie je dat magnetische veldlijnen die buiten de zon komen, zichtbaar zijn doordat hier geladen deeltjes omheen cirkelen.

Figuur 4: Magnetische veldlijnen die buiten de zon uitsteken en waar waterstofgas omheen beweegt. Afbeelding gemaakt met NASA's Solar Dynamics Observatory (SDO). Bron: Courtesy of NASA/SDO and the AIA, EVE, and HMI science teams.

Zonnestorm

De magnetische veldlijnen vormen een soort lussen die vastzitten bij zonnevlekken op de zon. Als zo’n lusvormige magnetische veldlijn heen en weer zwiept, kunnen de twee kanten van de lus bij elkaar in de buurt komen. Als ze elkaar dan raken, ontstaat er een soort magnetische kortsluiting. Twee stukjes van de magnetische veldlijnlus blijven aan de zon zitten en het andere deel schiet los en wordt met razende vaart de ruimte in geslingerd. Het losgeraakte deel sleurt de zonnedeeltjes die om de veldlijnen heen cirkelden met zich mee. Zo ontstaat er een snel bewegende wolk met zonnedeeltjes – een plasma dat bestaat uit geladen deeltjes. Je noemt dit een zonnewind. Als er heel veel zonnedeeltjes de ruimte in gesleurd worden, noem je het een zonnestorm. 

Figuur 5: Filmpje met uitleg over het ontstaan van afgeschermde magnetische velden die vanaf de zon de ruimte in geslingerd worden. Bron: Vincent Icke.

Botsingen in atmosfeer

Het zijn deze deeltjes die uiteindelijk de aarde kunnen bereiken. Ze komen in onze atmosfeer terecht bij de polen, omdat ze worden afgebogen door de magnetische veldlijnen om de aarde. In de atmosfeer botsen ze tegen zuurstof- en stikstofmoleculen. Bij deze botsing dragen ze een deel van hun energie over aan de zuurstof en stikstofmoleculen. Deze komen hierdoor in een aangeslagen toestand – de elektronen in het atoom komen in een hogere energieband terecht. Na een poosje vallen ze weer terug naar hun oorspronkelijke toestand, waarbij ze licht uitzenden. Dat is het licht dat je ziet bij noorderlicht.   

Figuur 6: Uitleg poollicht. Bron: Schooltv.

Kleuren noorderlicht

Hier zie je welke kleuren licht je kunt zien bij noorderlicht en welke moleculen dit veroorzaken.

Figuur 7: Tabel waarin je ziet welke kleur licht verschillende gassen in de atmosfeer uitzenden na botsing met zonnedeeltjes.

Zonneactiviteit

Jammer genoeg is het noorderlicht niet altijd te zien. Het hangt ervan af hoe actief de zon is. Op deze website kun je de zien hoe hoog de activiteit is, zodat je weet of er een grote kans is op noorderlicht.

Figuur 8: Overzicht van de zonneactiviteit Bron: www.poollicht.be.

Noorderlicht in Nederland

Meestal zie je het noorderlicht alleen in de buurt van de poolcirkel. Maar af en toe is de zonneactiviteit zo groot, dat je het noorderlicht ook in Nederland kunt waarnemen. Je moet dan wel op een plek zijn waar je geen last hebt van omgevingslicht van bijvoorbeeld straatlantaarns of huizen. Vaak is het dan alsnog lastig om het noorderlicht met het blote oog te zien. Maar als je er dan een foto van maakt, kun je het wel zien. De camera moet dan wel heel goed stilstaan op een statief en de foto moet langere tijd belicht worden. Zo kun je dan ook in Nederland het noorderlicht zien!

Met dank aan Vincent Icke