Planetaire invloed op zonnecycli en klimaat


1. De betekenis van zonnecycli heroverwogen
Nieuw fysiek model versterkt planetaire hypothese en invloed op het klimaat op aarde
Persbericht van 27 mei 2024

Onderzoekers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) en de Universiteit van Letland hebben de eerste alomvattende fysieke verklaring voor de verschillende activiteitscycli van de zon geponeerd. Het identificeert vortexvormige stromingen op de zon, bekend als Rossby-golven, als intermediairs tussen de getijdeninvloeden van Venus, de aarde en Jupiter en de magnetische activiteit van de zon en daarmee op het klimaat.
De onderzoekers presenteren dus een consistent model voor zonnecycli van verschillende lengtes - en nog een sterk argument om de voorheen controversiële planetaire hypothese te ondersteunen. De resultaten zijn nu gepubliceerd in het tijdschrift Solar Physics.

Hoewel de zon, die dicht bij ons staat, de best onderzochte ster is, zijn veel vragen over de fysica ervan nog niet volledig beantwoord. Deze omvatten de ritmische schommelingen in de zonneactiviteit. De bekendste hiervan is, dat de zon gemiddeld elke elf jaar een stralingsmaximum bereikt - door deskundigen de Schwabe-cyclus genoemd. Deze activiteitscyclus vindt plaats, doordat het magnetische veld van de zon tijdens deze periode verandert en uiteindelijk de polariteit omkeert. Dit is op zichzelf niet ongebruikelijk voor een ster - ware het niet dat de Schwabe-cyclus opmerkelijk stabiel is.
De Schwabe-cyclus wordt begeleid door andere, minder voor de hand liggende fluctuaties in activiteit, variërend van een paar honderd dagen tot enkele honderden jaren, elk vernoemd naar hun ontdekkers. Hoewel er al verschillende pogingen zijn gedaan om deze cycli en wiskundige berekeningen te verklaren, bestaat er nog steeds geen alomvattend fysiek model.

Planeten bepalen het ritme
Dr. Frank Stefani van het Institute of Fluid Dynamics van HZDR is al enkele jaren een voorstander van de 'planetaire hypothese', omdat het duidelijk is dat de zwaartekracht van de planeten een getijdeneffect uitoefent op de zon, vergelijkbaar met dat van de maan op aarde. Dit effect is elke 11,07 jaar het sterkst: telkens wanneer de drie planeten Venus, Aarde en Jupiter in een bijzonder opvallende lijn op één lijn met de zon staan, vergelijkbaar met springtij op aarde bij nieuwe of volle maan. Dit valt duidelijk samen met de Schwabe-cyclus.
Het magnetische veld van de zon wordt gevormd door complexe bewegingen van het elektrisch geleidende plasma in de zon. "Je kunt het zien als een gigantische dynamo. Hoewel deze zonnedynamo op zichzelf een activiteitscyclus van ongeveer 11 jaar genereert, denken we dat de invloed van de planeten vervolgens ingrijpt in de werking van deze dynamo, waardoor deze herhaaldelijk een duwtje in de rug krijgt en zo het ongebruikelijk stabiele ritme van 11,07 jaar op de zon wordt geforceerd," legt Stefani uit.
Enkele jaren geleden ontdekten hij en zijn collega's in de beschikbare observatiegegevens sterk bewijs voor een dergelijk tijdsafhankelijk proces. Ze waren ook in staat om verschillende zonnecycli te correleren met de beweging van de planeten, eenvoudig met behulp van wiskundige methoden. In eerste instantie kon de correlatie echter niet voldoende fysiek worden verklaard.

Rossby-golven op de zon fungeren als intermediair
"We hebben nu het onderliggende fysieke mechanisme gevonden. We weten hoeveel energie er nodig is om de dynamo te synchroniseren, en we weten dat deze energie door zogenaamde Rossby-golven naar de zon kan worden overgebracht. Het mooie is dat we nu niet alleen de Schwabe-cyclus en de langere zonnecycli kunnen verklaren, maar ook de kortere Rieger-cycli, waar we voorheen niet eens aan hadden gedacht," zegt Stefani.
Rossby-golven zijn vortexvormige stromingen op de zon, vergelijkbaar met de grootschalige golfbewegingen in de atmosfeer van de aarde (Hadley-cellen) die hoge- en lagedruksystemen beïnvloeden. De onderzoekers berekenden dat de getijdenkrachten tijdens springtij van twee van elk van de drie planeten Venus, aarde en Jupiter precies de juiste eigenschappen hadden om Rossby-golven te activeren - een inzicht met veel gevolgen: allereerst bereiken deze Rossby-golven dan voldoende hoge snelheden om de zonnedynamo de nodige impuls te geven; ten tweede gebeurt dit elke 118, 193 en 299 dagen, in overeenstemming met de Rieger-cycli die op de zon zijn waargenomen. En ten derde kunnen op deze basis alle extra zonnecycli worden berekend.

Alle cycli verklaard door één enkel model
Dit is waar de wiskunde in beeld komt: de superpositie van de drie korte Rieger-cycli levert automatisch de prominente 11,07-jarige Schwabe-cyclus op. En het model voorspelt zelfs langdurige schommelingen van de zon, omdat de beweging van de zon rond het zwaartepunt van het zonnestelsel op basis van de Schwabe-cyclus een zogenaamde zwevingsperiode van 193 jaar veroorzaakt. Dit komt overeen met de orde van grootte van een andere cyclus die is waargenomen, de Suess-de Vries-cyclus.

Klimaatveranderingen
In deze context ontdekten de onderzoekers een indrukwekkend verband tussen de berekende periode van 193 jaar en periodieke fluctuaties in klimaatgegevens. Dit is nog een robuust argument voor de planetaire hypothese, omdat "de scherpe Suess-de Vries-piek op 193 jaar nauwelijks kan worden verklaard zonder fasestabiliteit in de Schwabe-cyclus, die alleen aanwezig is in een tijdsgebonden proces," schat Stefani.
Betekent dit dat de vraag of de zon het ritme van de planeten volgt eindelijk is beantwoord? Stefani zegt: "We zullen waarschijnlijk pas 100 procent zeker zijn als we meer gegevens hebben. Maar de argumenten ten gunste van een proces dat door de planeten wordt gestuurd, zijn nu zeer sterk."

Publicatie:
F. Stefani, G. M. Horstmann, M. Klevs, G. Mamatsashvili, T. Weier: Rieger, Schwabe, Suess-de Vries: The Sunny Beats of Resonance, in Solar Physics, 2024 (DOI: 10.1007/s11207-024-02295-x)


2. De zon heeft een mysterieuze hartslag. En we weten eindelijk waardoor
Scientias, 03-06-2024, door Jeannette Kras

Ook de zon heeft een hartslag, niet zo stabiel en ritmisch als de onze, maar er klopt wel degelijk iets daar hoog aan de hemel. We weten echter nog maar weinig over wat deze hartslag veroorzaakt. Nieuwe bevindingen bevestigen nu, dat er een verband is met de planeten in ons zonnestelsel.
De elfjarige cyclus van de zon kan waarschijnlijk deels worden verklaard, door de zwaartekracht van de planeten Venus, Aarde en Jupiter richting de zon. Mogelijk spelen ook andere factoren een rol, maar de cyclus van de planeten komt te nauwkeurig overeen met de elfjarige zonnecyclus om toeval te zijn, aldus de Duitse onderzoekers onder leiding van Frank Stefani.

Gigantische dynamo

De zonneactiviteit wordt voornamelijk van binnenuit veroorzaakt, maar externe invloeden spelen waarschijnlijk ook mee. "Je kunt het vergelijken met een gigantische dynamo", zegt Stefani. "De zonnedynamo genereert op zichzelf een activiteitscyclus van ongeveer elf jaar, maar wij denken dat de zwaartekracht van de planeten zich er tussentijds mee gaat bemoeien en herhaaldelijk een kleine duw geeft, zodat het ongebruikelijk stabiele ritme van de zon ontstaat."

De polen keren om

Iedere 11,07 jaar ondergaat de zon een spectaculaire transformatie, doordat haar activiteit fluctueert. Op het zonneminimum is er de minste activiteit. Dit neemt de jaren daarna langzaam toe. Dat is te zien aan een toename van het aantal zonnevlekken en zonnevlammen, tot er een piek ontstaat die we het zonnemaximum noemen. We zijn nu weer in de buurt van zo'n maximum.
Op het zonnemaximum keren de polen van de zon om. Daarna komt ze langzaam tot bedaren tot het minimum wordt bereikt, waarna de weg omhoog weer wordt ingezet. Dit wordt ook wel de Schwabe-cyclus genoemd, die zich dus elke elf jaar herhaalt, al zit er een klein beetje variatie in de lengte van iedere cyclus.

In één lijn

Maar wat hebben de planeten daarmee te maken? Nou, daar is iets heel toevalligs mee aan de hand. Iedere 11,07 jaar, rond het zonneminimum, staan Venus, de Aarde en Jupiter in één lijn, waardoor korte tijd hun zwaartekracht richting de Zon toeneemt en ze haar één kant op trekken. Het is maar een zwak effect dat waarschijnlijk geen impact heeft op de zon zelf, maar het kan wel een rol spelen in het bijsturen van de zonnecycli en het synchroniseren van de interne dynamo tot een regelmatige cyclus ontstaat.
Stefani en zijn collega's hebben deze mogelijke link al een hele tijd onderzocht en denken nu nieuw bewijs te hebben gevonden: enorme golven in de zon, die Rossby-golven worden genoemd en pas recent voor het eerst zijn gevonden. Ze bestaan ook op aarde waar ze in de atmosfeer rondwervelen en bijvoorbeeld koude en warme luchtmassa's van elkaar kunnen scheiden waardoor cyclonen kunnen ontstaan.

Rossby-golven

"We hebben het onderliggende fysische mechanisme gevonden", verklaart Stefani. "We weten hoeveel energie nodig is om de dynamo te synchroniseren en we weten dat deze energie naar de zon kan worden overgebracht door de zogenoemde Rossby-golven." Hij vertelt enthousiast verder: "Het geweldige is dat we hiermee niet alleen de Schwabe-cyclus en de langere zonnecycli kunnen verklaren, maar ook de kortere Rieger-cycli waar we eerder nog niet eens naar hebben gekeken." De Rieger-cycli zijn periodes van 150 tot 160 dagen waarin de zonnevlammen meer of minder actief zijn. Ze kunnen worden gelinkt aan de Rossby-golven.
De onderzoekers hebben ontdekt dat de opstelling van Venus, de Aarde en Jupiter niet alleen samenvalt met de zonnecycli, maar ook dat als twee van de drie planeten op één lijn staan er genoeg zwaartekracht ontstaat om de Rossby-golven te activeren. En het wordt nog beter: deze planeetopstelling valt samen met de Rieger-cycli.

Wiskundige modellen

De wetenschappers gebruikten wiskundige modellen om hun bevindingen te bewijzen en konden de Schwabe- en Rieger-cycli nabootsen met hun planetaire opstellingen.
En er bleek nog iets anders uit hun berekeningen. Iedere ongeveer 193 jaar fluctueert de kracht van het magnetisch veld van de zon. Dit wordt de Suess-de Vries-cyclus genoemd.
Nu wordt het ingewikkeld: deze cyclus vindt plaats als de 19,86-jarige periodieke beweging van de zon rond het zwaartekrachtcentrum van het zonnestelsel in lijn komt met de Hale-cyclus – een dubbele Schwabe-cyclus van 22,14 jaar. En deze cyclus kwam ook naar boven in het wiskundige model.
Nu is de zon erg groot en ingewikkeld, dus de planeten vormen maar een deel van het verhaal. Maar de toevalligheden zijn te perfect om enkel toevalligheden te zijn, aldus de onderzoekers. "We kunnen alleen 100 procent zeker zijn als we nog meer data hebben", reageert Stefani. "Maar de argumenten, die pleiten voor een proces waarbij de planeten een rol spelen, zijn nu erg sterk."

Bron:
"Rieger, Schwabe, Suess-de Vries: The Sunny Beats of Resonance" - Solar Physics

terug naar de vragenlijst

terug naar het weblog






^