2009-02 MIRA Ceti sprak met... Petra Vanlommel


“Goedenavond, beste kijkers.” Weerman Frank Deboosere die op televisie het weerbericht presenteert, dat is natuurlijk een vertrouwd beeld in onze contreien. Wij mochten echter het genoegen smaken om ter gelegenheid van onderstaand interview op de koffie te gaan bij een heuse ruimteweervrouw, Petra Vanlommel. Neen, deze charmante dame komt niet elke dag op tv, maar het weer waar zij zovele boeiende dingen over te vertellen heeft is toch ook van essentieel belang voor het functioneren van onze technologische maatschappij. Die reusachtige plasmabol op amper 150 miljoen km van de Aarde is immers meer dan alleen maar dat rustige goudgele zonnetje dat wij aan de hemel zien pronken.

Petra Vanlommel is 37 jaar, doctor in de plasma-astrofysica en werkzaam aan de Koninklijke Sterrenwacht van België.

 

Petra VanlommelHallo Petra, als voorspeller van het ruimteweer staat de Zon in het centrum van je professionele bezigheden. Was je voordien ook al actief als zonnewaarneemster?

 

Eigenlijk niet. Het werk dat ik hier beginnen doen ben was totaal verschillend van hetgeen er in mijn doctoraat aan bod kwam. Daarin heb ik me toegelegd op de helioseismologie, een soort bevingtheorie over de Zon die het mogelijk maakt om zicht te krijgen op de inwendige structuur van deze enorme plasmabol, een beetje vergelijkbaar met hoe bevingen in de aardkorst ons heel wat kunnen leren over het inwendige van onze eigen planeet. Je zou de Zon kunnen vergelijken met een doos waarin akoestische golven gevangen zitten. Die golven doen de Zon een heel klein beetje uitdijen, het zijn echt minieme amplitudes. Door die bewegingen van het zonoppervlak te bestuderen kan je informatie achterhalen over wat er zich onder dat oppervlak voordoet. Tijdens mijn doctoraat was ik bezig met het opstellen van formules en het oplossen van vergelijkingen, en daar had ik geen persoonlijke waarnemingen van de Zon voor nodig.

Toen men op de Koninklijke Sterrenwacht van België vroeg of het mij zou interesseren om mee te werken aan het onderzoek i.v.m. de invloed van de activiteit van de Zon op onze Aarde had ik daar na al dat theoretische rekenwerk van de voorgaande jaren wel zin in. Na ongeveer een jaar ben ik beginnen werken aan een pilootproject van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA om na te gaan of er met betrekking tot dat ruimteweer een commercieel luik kon uitgebouwd worden. En zo ben ik terechtgekomen in de dienstverlening rond het ruimteweer.

 

Hoe is het departement zonnefysica op de Koninklijke Sterrenwacht gestructureerd?

 

We hebben het dan over het SIDC, hetgeen staat voor het Solar Influences Data analysis Center. Dat heeft een drieledige structuur: er is een stuk zuiver onderzoek, dan heb je het World Data Center for the Sunspot Index of WDC, en het Regional Warning Center for Wetern Europe of RWC. Het RWC is het ruimteweervoorspellingscentrum.

En als overkoepelende structuur is er ook nog het Solar-Terrestrial Center of Excellence, het STCE, en daar maakt niet alleen de Koninklijke Sterrenwacht deel van uit, maar ook het Koninklijk Meteorologisch Instituut en het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie.

De opdeling die ik net kom te schetsen is niet heel strikt, het zijn allemaal structuren die in mekaar verweven zijn. De meeste medewerkers van het SIDC verrichten wetenschappelijk onderzoek en zijn betrokken bij projecten van zowel het WDC als het RWC.

 

Ruimteweer is uiteraard een materie die van belang is voor de hele Aarde?

 

Inderdaad, daarom bestaat er een wereldwijd netwerk van elf RWC’s. De coördinatie daarvan gebeurt door de International Space Environment Service of ISES. Ons SIDC onderhoudt verder allerlei samenwerkingsverbanden met universiteiten en andere partners, dit zowel nationaal als internationaal. We ontmoeten regelmatig onze collega’s uit de hele wereld op conferenties. Gegevens wisselen we o.a. uit via databanken, de meeste info is ook vrij beschikbaar voor iedereen.

Toen wij in het jaar 2000 officieel aangesteld werden als regionaal waarschuwingscentrum wat betreft het ruimteweer voor West-Europa zijn wij op zoek gegaan naar mogelijke gebruikers voor wie onze informatie over het ruimteweer van belang kan zijn.

 

En wie zijn die gebruikers?

 

Uiteraard is het militaire apparaat er nauw bij betrokken aangezien zij zich om te communiceren baseren op radiocontact eventueel via satellieten. Het Global Positioning System, GPS is van oorsprong eveneens een militaire toepassing. Radiocommunicatie en navigatie worden sterk beïnvloed door het ruimteweer. O.a. satellieten worden rechtstreeks en onrechtstreeks blootgesteld aan het ruimteweer. Voorts willen allerlei bedrijven, niet-commerciële instellingen, radioamateurs, luchtvaartmaatschappijen, satellietoperatoren, enz. op de hoogte gehouden worden. Wanneer oliemaatschappijen naar een oliereservoir boren, monitoren ze continu het boorpad via magnetometers in het boorkanaal. Deze gegevens worden vergeleken met metingen van het magnetisch veld van de Aarde.  Het ruimteweer, in dit geval geomagnetische stormen, kunnen het veld van de Aarde sterk verstoren. Aangezien het hier gaat om precisiemetingen is het van belang om periodes met verstoringen zoveel mogelijk te vermijden. Dergelijke klanten zijn dan ook erg geïnteresseerd in onze All Quiet Alerts. Als wij zoiets aankondigen wil dat zeggen dat er de komende dagen geen zonnevlammen van enige betekenis op de Zon, geen geomagnetische verstoringen en geen toevloed van geladen protonen in de aardatmosfeer verwacht worden. Dat zijn de drie voorwaarden waaraan voldaan moet zijn vooraleer wij een All Quiet Alert rondsturen.

Wij zorgen dus op dat terrein voor de nodige betrouwbare informatie, dit tot tevredenheid van alle belanghebbenden. Het is bovendien een gratis service die wij bieden, hetgeen mogelijk is omdat wij zelf geen commerciële maar wel een overheidsinstelling zijn.

 

Wanneer is het besef gegroeid dat het ruimteweer grote gevolgen kan hebben voor onze technologische maatschappij? Heeft de zonnestorm van 13 maart 1989 waardoor miljoenen mensen in Canada uren lang zonder stroom kwamen te zitten daarin een belangrijke rol gespeeld?

 

Dat vrij zware incident waarbij een transformator van een elektriciteitscentrale op basis van waterkracht in Québec defect raakte was inderdaad een rechtstreeks gevolg van een uiterst zware geomagnetische storm die veroorzaakt werd doordat een plasmawolk die door de Zon was weg gekatapulteerd op de magnetosfeer van de Aarde botste. Maar dat besef is er eigenlijk al gekomen van bij het begin van het ruimtevaarttijdperk. Sinds men via ruimtetuigen de Zon kon observeren in golflengten die vanaf het aardoppervlak niet waarneembaar waren, zag men de Zon niet langer als een louter gele bol met vlekjes erop, maar wel als een actieve ster met een uitgestrekt dynamisch magneetveld eromheen dat in interactie treedt met alle andere objecten in het zonnestelsel.

Eigenlijk had men tijdens de Tweede Wereldoorlog al gemerkt dat de radars ten westen van het Europese continent storingen opvingen eens de Zon in het oosten boven de horizon verscheen. De Amerikanen zijn toen begonnen met zelf een zonnevlekkenindex te berekenen gezien de onzekere communicatie tijdens de oorlogsjaren vanuit Zürich, waar destijds het zonnevlekkengetal berekend werd. Op basis van een zelf berekende activiteitenindex konden de Amerikanen dan nagaan welke frequenties ze best konden gebruiken om hun eigen radiocommunicatie zo optimaal mogelijk te laten verlopen en de radarverstoringen ten gevolge van de Zon uit te filteren.

Het eerste grote incident met gevolgen voor technologische systemen dat we met zekerheid aan het ruimteweer kunnen toeschrijven vond plaats in 1859 en wordt het ‘Carrington Event’ genoemd. Op 1 september van dat jaar kon de Engelse amateurastronoom Richard Carrington tijdens zijn waarneming van de schijf van de Zon in het zichtbaar licht een zonnevlam ontwaren. Onafhankelijk van Carrington deed ook Richard Hodgson een gelijkaardige waarneming. De twee heren waren dus effectief getuige van een zonnevlam in wit licht. De zonnevlam was zo sterk dat de globale lichtintensiteit van de Zon – weliswaar kort – toenam. Een dag later lag het telegraafsysteem plat en gedroegen magnetische naalden zich vreemd. Dit wees op een geomagnetische storm. Carrington legde meteen de link met het uitzonderlijke fenomeen dat hij gezien had op de Zon, en terecht. Die zonnestorm uit 1859 blijkt trouwens de hevigste te zijn van alle zonnestormen sinds anderhalve eeuw: de perfecte zonnestorm. Men schat dat dergelijke mega zonnevlammen zich wellicht maar eens om de vijfhonderd jaar voordoen op de Zon.

 

Aangezien de laatste tientallen jaren steeds meer ruimtesondes met steeds beter instrumentarium aan boord de Zon bestuderen heeft men de afgelopen zonnecyclus wellicht beter dan met andere zonnecycli ooit het geval was kunnen volgen?

 

Inderdaad. In dit verband moeten we zeker SOHO vermelden die de Zon observeert in o.a. extreem ultraviolet licht, en dit sinds begin 1996. Er zijn dus beelden beschikbaar van een ganse zonnecyclus, van de rijzende fase via het maximum naar de dalende fase tot in het minimum, en nu zitten we op het punt om de rijzende fase van de nieuwe cyclus te zien starten. SOHO is eigenlijk al een aantal jaren afgeschreven, maar zo lang het toestel behoorlijk blijft functioneren kan hij rustig doorgaan met zijn werk. Geregeld worden er onderhoudswerken aan de telescopen uitgevoerd. Deze zogenaamde CCD-bake outs komen steeds vaker voor. We zijn er ons van bewust dat SOHO elk moment definitief kan uitvallen. De Zon is momenteel weinig actief, bijgevolg is de kans dat SOHO ten gevolge van het ruimteweer knock-out geslagen wordt eerder klein, maar eens de zonnecyclus terug echt in stijgende lijn zit wordt dat risico veel groter.

Een andere satelliet is bv. Ulysses, die is ruim 17 jaar actief geweest en heeft daarbij drie omwentelingen gemaakt langs de polen van de Zon. Ook Ulysses heeft dus meer dan een ganse zonnecyclus kunnen meemaken.

Maar satellieten worden normaliter niet gemaakt om zolang mee te gaan, meestal worden zij na een beperkt aantal jaren afgeschreven. Dat is natuurlijk jammer, want op die manier zijn de bekomen waarnemingen ook beperkt in tijd. Waarnemen met satellieten is bovendien ook een dure aangelegenheid, denk alleen al maar aan de lancering, en als er defecten zijn is het heel moeilijk of vaak onmogelijk om daar iets aan te doen. Als je telescoop op Aarde stuk is vervang je hem gewoon door eventueel nog een beter instrument. Vanop Aarde worden al eeuwen lang waarnemingen in zichtbaar licht gedaan, hetgeen een waardevol en continu archief oplevert. Vanop Aarde kan je ook 24 uur op 24 waarnemen. Er is altijd een helft van onze planeet die naar de Zon gekeerd staat en er is altijd wel ergens een waarneempost waarboven geen wolken zijn. De Aarde is eigenlijk één grote observatiesite en de waarnemingen van een observatorium aan de andere kant van de wereld zijn maar een paar klikken op internet verwijderd.

Dat neemt niet weg dat we dankzij het vlootje ruimtesatellieten waarmee we de Zon in zo goed als het hele elektromagnetische spectrum kunnen gadeslaan geleidelijk dichter bij een oplossing komen i.v.m. een aantal mysterieuze verschijnselen. De fotosfeer, het oppervlak van de Zon, heeft een temperatuur van ongeveer 5.500 graden Celsius. Dan heb je de chromosfeer die heter is dan de fotosfeer: in deze zone loopt de temperatuur op tot 20.000 graden Celsius. Plots stijgt de temperatuur bruusk tot een miljoen graden Celsius, dit noemen we de transitielaag. In de corona loopt de temperatuur van het uiterst ijle zonneplasma vervolgens op tot wel enkele miljoenen graden Celsius. Om die extreem hoge temperaturen van de corona te kunnen verklaren circuleren er momenteel een aantal hypothesen. Zo zou de corona opgewarmd kunnen worden door minuscule zonnevlammen die men nanoflares noemt. Een andere piste is dat de akoestische golven die gevangen zitten in de Zon toch gedeeltelijk ontsnappen. En die golven zouden dan hun energie overdragen aan het plasma. Vandaar de opwarming van die corona. Maar zoals gezegd: dit zijn nog maar denkpistes.

Aangezien wij gefocust zijn op het ruimteweer zijn wij vooral geïnteresseerd in die aspecten van de Zon die ons kunnen helpen bij het beter begrijpen van het waarom en hoe van de zonneactiviteit. We zijn nog maar enkele decennia bezig met dat ruimteweer, en er is al serieuze vooruitgang geboekt, maar de bestaande modellen moeten nog veel meer verfijnd worden zodanig dat we nog accurater het ruimteweer kunnen voorspellen voor langere periodes dan drie dagen in de toekomst. Maar je weet hoe dat gaat met het weer op Aarde: voorspellingen voor de komende week zijn redelijk betrouwbaar, maar de foutenmarge wordt steeds groter naarmate de termijn toeneemt. En met de meteorologie is men al zo veel langer bezig.

 

Zijn er projecten waar men in verband met een beter begrip van het ruimteweer naar uitkijkt?

 

Ik wil om te beginnen zeker het project STEREO vermelden. STEREO staat voor Solar TErrestrial RElations Observatory en  bestaat uit twee satellieten van de NASA die sinds 2006 in verschillende banen rond de Zon bewegen. STEREO Ahead bevindt zich t.o.v. de aardbaan voor de Aarde, terwijl STEREO Behind achter de Aarde vliegt. De hoek tussen de twee satellieten vergroot met de tijd. Ze kijken beiden naar de Zon maar vanuit een ander gezichtspunt. Ook ons land is nauw bij dit project betrokken via de Koninklijke Sterrenwacht en het Centre Spatial de Liège. Dankzij het instrumentarium aan boord is het voor het eerst mogelijk om driedimensionale beelden te bekomen van de Zon en het binnenste deel van het zonnestelsel. Op die manier krijgen we een dieper en beter zicht op wat er precies gebeurt wanneer plasma van de corona wordt uitgestoten. Dankzij STEREO kunnen we de plasmawolk volgen op zijn trip door de ruimte, en dat moet leiden tot betere ruimteweervoorspellingen.

Maar het is voor ons vooral uitkijken naar de lancering van PROBA 2. PROBA staat voor Project for On-Board Autonomy, en het is de tweede PROBA-satelliet die door de firma Verhaert Space uit Kruibeke gebouwd is. De twee belangrijkste instrumenten aan boord zijn de zonnekijkers LYRA en SWAP, en het SIDC is verantwoordelijk voor de wetenschappelijke exploitatie daarvan. PROBA 2 is een microsatelliet, ongeveer zo groot als een wasmachine, en voorlopig is de lancering voorzien voor de zomer van dit jaar.

De Lyman Alpha Radiometer of LYRA is een instrument dat vier specifieke golflengten van het zonlicht in het ultraviolet meet. De flux van UV-stralen varieert meer dan bv. in zichtbaar licht. Deze golflengtes zijn relevant voor wetenschappelijk onderzoek in het domein van de zonnefysica en aëronomie. Speciaal aan de detectoren van LYRA is dat ze van diamant zijn. Diamant is immers alleen maar gevoelig voor ultraviolet en niet voor zichtbaar licht. De Sun Watcher using APS and Image Processing of SWAP is een ruimtetelescoop die beelden zal maken in het extreem ultraviolet. Het instrument EIT aan boord van SOHO doet dat ook al, maar SWAP zal meer beelden maken per tijdseenheid en in hogere resolutie.

Eens beide instrumenten in de ruimte zitten en naar behoren werken zullen ze zeker in belangrijke mate bijdragen tot een verbetering van onze ruimteweervoorspellingen. Dan hoeft het eventueel wegvallen van SOHO niet zo rampzalig te zijn.

 

Op MIRA hebben wij met onze heliostaat een pracht van een zonnetelescoop, maar de laatste maanden was hetgeen wij aan bezoekers met dat instrument konden laten zien behoorlijk weinig. Hoe zit het eigenlijk met de nieuwe zonnevlekkencyclus?

 

Zowat twee jaar geleden, dus toen de vorige cyclus naar zijn eind begon te lopen, kwam er een panel bijeen van allemaal experts op het vlak van zonneactiviteit. En daar had je twee kampen, waarbij het ene kamp een hoge amplitude voor de volgende cyclus voorspelde en het andere kamp een lage. De werkelijkheid zal daar wel ergens tussenin zitten zeker?

De start van de nieuwe cyclus is inderdaad al een tijdje uitgebleven, hetgeen op zich niet abnormaal is. Het is niet zo dat de Zon plots opgehouden is met haar cyclussen, zeker niet. Maar omdat de nieuwe cyclus maar traag op gang komt is de tendens wel dat we een cyclus verwachten met een eerder lage intensiteit. Maar goed, binnen een aantal jaren zullen we wel zien wat het uiteindelijk geworden is.

 

Komt er ook vanuit de buitenwereld reactie op dit soort evoluties?

 

Vorig jaar was er even sprake van een zogenaamd Sunspot Debacle naar aanleiding van het maandelijkse Sunspot Bulletin dat wij verspreiden met daarin de vermelding van het maandelijkse gemiddelde zonnevlekkengetal. We gaven daar waarden op als 0,8 en 0,5 en dan kregen wij wrevelige reacties over hoe het kon dat er slechts halve of gedeeltelijke zonnevlekken waren op de Zon. Terwijl het natuurlijk om een gemiddelde gaat over een hele maand. Zoals jullie als ervaren waarnemers wel weten is het Wolfgetal, genoemd naar de Zwitserse astronoom Rudolf Wolf die in het midden van de 19de eeuw een methode ontwikkelde om de zonneactiviteit te kwantificeren, gemakkelijk te bepalen: je gaat eerst na hoeveel groepen zonnevlekken er op de schijf van de Zon te zien zijn en dat aantal vermenigvuldig je met tien. Daar tel je dan het totale aantal zonnevlekken bij op dat er in al die groepen samen te zien zijn. Je ziet bv. een groepje met vier vlekjes en een groep met vijf vlekjes, dan heb je in totaal twee groepen en negen vlekken, dat maakt een Wolfgetal van (2 x 10) + 9 = 29. Als er totaal geen vlekken zijn heb je een Wolfgetal van 0, als er slechts één vlek is heb je één groep en één vlek, hetgeen een Wolfgetal van 11 oplevert. Het Wolfgetal van elke waarnemer wordt vermenigvuldigd met een kwaliteitsfactor K, waarbij elke waarnemer zijn eigen variabele K-factor heeft die rekening houdt met de sterkte van je telescoop, je zicht, waarnemingsomstandigheden, ... alsof je op dezelfde manier en met dezelfde ogen als Wolf naar de Zon zou kijken. De K-factor is een getal typisch tussen 0,4 en 1,7.  Op een statistisch verantwoorde manier maken we van alle Wolfgetallen die met de juiste K vermenigvuldigd zijn een gemiddelde, en zo bekomen we het dagelijkse Internationale Zonnevlekkengetal, IZ. Het spreekt voor zich dat als we het gemiddelde maken van het IZ van een maand we wel degelijk uitkomen bij een getal dat geen geheel getal is. Maar dat zijn statistische gegevens en op zich is het niet zo belangrijk of het maandelijkse gemiddelde nu 0 is of 0,5. Wel belangrijk is dat het een laag getal is, wat erop wijst dat er heel weinig zonneactiviteit is.

 

Op 25 februari van dit jaar was ik toch wat verbaasd toen collega’s zonnewaarnemers vlekjes registreerden op jullie website terwijl ik zelf totaal geen vlekken kon zien op de Zon. Hoe valt zoiets te verklaren?

 

Het was misschien een kortlevend vlekkengroepje? De waarneming wordt ook beïnvloed door de turbulentie van de aardatmosfeer, de waarnemer zelf, door zijn instrument, het tijdstip waarop je waarneemt speelt ook een rol. Er zijn ook waarnemers die zonnevlekken verwarren met poriën of fakkelvelden die ook op de Zon te zien zijn. En natuurlijk is het ook zo dat mensen mekaar beïnvloeden. Je ziet op de mailinglist een bericht verschijnen dat er terug zonnevlekken te zien zijn, en dan ben je natuurlijk niet onbevooroordeeld als je zelf de zonneschijf begint af te speuren.

 

Wat is voor het SIDC het belang van zonnewaarnemingen door amateurs?

 

Het waarnemen en registreren van zonnevlekken door waarnemers wereldwijd is heel waardevol voor het bepalen van het zogenaamde daily International Sunspot Number, want des te meer waarnemingen er bij ons geregistreerd worden, des te accurater dat wij de juiste waarde kunnen bepalen.

Er worden door het SIDC drie dagelijkse indexen gepubliceerd: het EISN, PISN en DISN, wat staat voor respectievelijk Estimated, Provisional en Definitive International Sunspot Numbers. Het EISN wordt berekend voor de dag zelf en de dag voordien op basis van de gegevens die we al binnengekregen hebben en is bestemd als een actuele index voor toepassingen op het moment zelf. Aan het begin van een nieuwe maand wordt het PISN berekend voor de afgelopen maand, en deze index komt dan ter vervanging van de waarden van het EISN. En uiteindelijk wordt op kwartaalbasis het DISN berekend, hetgeen ons de finale waarden geeft van het internationale zonnevlekkengetal.

Zoals eerder gesteld is voor een aantal organisaties en bedrijven het direct bruikbare Estimated International Sunspot Number van belang voor hun activiteiten, en daarom is het noodzakelijk om de waarde ervan zo nauwkeurig mogelijk te kunnen bepalen.

Het feit dat er van over de ganse wereldbol waarnemingen binnenkomen maakt het mogelijk om de Zon zonder onderbreking in het oog te houden: als het bij ons nacht is, is het immers aan de andere kant van de aardbol dag.   

Voorts is het natuurlijk belangrijk om het zonnevlekkenarchief dat teruggaat tot het begin van de achttiende eeuw verder te zetten.

Er zijn in de jaren 1970 wel al stemmen opgegaan om de zonnevlekkenindex te vervangen door de waarnemingen van de 10 cm radioflux van de Zon. Deze radiogolven met een golflengte van 10,7 cm die door de Zon worden uitgestraald blijken immers uitstekend te correleren met de zonnevlekkenindex en lijken op het eerste gezicht objectiever meetbaar te zijn. Met dit argument wilde Zürich graag tijdrovende berekening van de zonne-index achterwege laten. De F10 radioflux lijkt objectiever te zijn, maar het is niet simpelweg een meting verrichten met een toestel waarna de computer dan een getalletje berekent. Het zijn nog steeds mensen  die bv. de zonnevlammen uit de metingen moeten halen en die de metingen interpreteren. En mensen zijn nu eenmaal nooit helemaal objectief.

In 1980 hebben we de taken van Zürich overgenomen en werden wij het officiële Wereld datacentrum voor de zonnevlekkenindex. Nu kiezen we nog altijd voluit voor de gewone zonnevlekkenindex, niet zonder reden. Voor het meten van de F10cm radioflux is gespecialiseerd materiaal nodig, terwijl voor de klassieke zonnewaarnemingen eenvoudig materiaal kan volstaan. En bijgevolg kunnen wij voor het bepalen van de officiële waarden  beroep doen op een aanzienlijk aantal gemotiveerde amateurastronomen.

Uiteraard moet je ons, professionelen, er niet op wijzen dat sommige amateurs beschikken over een zoveel beter instrumentarium dan wij. In het wereldje van de amateurastronomen is men trouwens zeer goed op de hoogte van wat er allemaal aan materiaal beschikbaar is en wat er daarmee kan waargenomen worden. Het is vaak verbluffend om jullie bezig te zien!

 

Fijn om weten. Hartelijke dank voor de goede ontvangst, Petra, en het interessante gesprek.