Profielwerkstuk “ Poollicht”

PWS
Profielwerkstuk
“ Poollicht”
Profielwerkstuk Poollicht
Leon Weggelaar
Daniëlle Roodenburg
Franka Ruitenberg
1
Voorwoord
Om Havo 5 succesvol af te sluiten moet er een profielwerkstuk naar behoren afgesloten worden.
Onderzoek is uitgevoerd door:
-
Leon Weggelaar
Daniëlle Roodenburg
Franka Ruitenberg
Er is voor dit onderwerp gekozen doordat er veelzijdig onderzoek gedaan kan worden. Veel mensen
vinden poollicht een bijzonder verschijnsel en wij wilden dit graag verklaren.
Ook blijkt dat de meerderheid van de bevolking geen idee heeft hoe het werkt, dit was een extra
motivatie om het tot op bodem uit te zoeken.
Profielwerkstuk “Poollicht”
HAVO 5 – H5D
07-09-07 / 30-11-07
Gelieve niet in dit verslag schrijven.
Profielwerkstuk Poollicht
2
Inleiding
Poollicht is een verschijnsel in de lucht waarbij
verschillende kleuren en vormen zichtbaar zijn.
Dit verschijnsel is niet continu zichtbaar.
Achter dit poollicht verschuilen zich essentiële
bestanddelen die nodig zijn voor de creatie.
Hier komen verschillende natuurkundige
theorieën aan te pas waarvan niemand
eigenlijk exact weet of het wel zo werkt. Maar
door veel onderzoek te verrichten in de
afgelopen eeuwen zijn er theorieën bedacht,
die met de kennis die we nu hebben nog
steeds kloppen. Belangrijke natuurkundigen
hebben formules opgesteld waarbij theorieën
te verklaren zijn.
Deze theorieën hebben wij geprobeerd te
onderzoeken en te bevestigen. Hierbij zal
gebruik gemaakt worden van een onderzoek,
interview en experiment.
Profielwerkstuk Poollicht
3
Inhoudsopgave
0.0
0.1
0.2
0.3
Inleiding
Voorwoord
Inleiding
Inhoudsopgave
Pagina 1
Pagina 2
Pagina 3
Pagina 4
1.0
1.1
1.2
1.3
Definitie van Poollicht
Inleiding
Historie
Poollicht in het heden
Pagina 6
Pagina 7
Pagina 8
Pagina 13
2.0
2.1
2.2
2.3
Wat is poollicht?
Inleiding
Aardmagnetisch veld
De atmosfeer
Pagina 14
Pagina 15
Pagina 16
Pagina 18
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Zonnewinden
Inleiding
De Zon
Zonnewind
Een zonnewind komt aan bij de aarde
Conclusie
Pagina 19
Pagina 20
Pagina 21
Pagina 22
Pagina 24
Pagina 25
4.0
4.1
4.2
4.3
4.4
Verschillende kleuren?
Spectrum
Kwantummechanica
Van energie naar licht
Invloed van de luchtdruk
Pagina 26
Pagina 27
Pagina 29
Pagina 30
Pagina 32
5.0
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
Poollicht op andere hemellichamen
Inleiding
Jupiter
Saturnus
Mars
Planeten zonder poollicht
Conclusie
Pagina 33
Pagina 34
Pagina 35
Pagina 37
Pagina 38
Pagina 39
Pagina 40
Profielwerkstuk Poollicht
4
6.0
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
Onderzoeken naar Aurora’s
Inleiding
Vroegere onderzoeken
Huidige onderzoeken
Poollicht op andere planeten
Opwekken van poollicht
Waarnemingen
Pagina 41
Pagina 42
Pagina 44
Pagina 45
Pagina 48
Pagina 49
Pagina 50
7.0
Interview
Pagina 52
8.0
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
Experiment Licht
Onderzoeksvraag
Hypothese
Uitvoering
Experiment
Resultaten
Conclusie
Pagina 57
Pagina 58
Pagina 58
Pagina 59
Pagina 60
Pagina 60
Pagina 61
9.0
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
Afsluiting
Conclusie
Bronnen
Begrippenlijst
Problemen
Dank
Logboek
Pagina 62
Pagina 62
Pagina 63
Pagina 65
Pagina 66
Pagina 66
Pagina 67
Profielwerkstuk Poollicht
5
Definitie van Poollicht
Profielwerkstuk Poollicht
6
1.0
Definitie van poollicht
1.1
Inleiding
Bijna iedereen weet wel wat een Aurora is. Alleen noemen de meeste mensen het anders.
Aurora is de wetenschappelijke naam voor het verschijnsel dat wij in Nederland het
noorderlicht of poollicht noemen. In ieder land heeft men een eigen naam voor dit
natuurverschijnsel in hun eigen taal. Maar wat is een Aurora nou eigenlijk? Een aurora is
simpel gezegd een kleurige gloed die op sommige avonden te zien is in de lucht. Het
noorderlicht bestaat al sinds de aarde bestaat. In andere delen van dit werkstuk vind u een
uitgebreidere uitleg over hoe het ontstaan van een Aurora in zijn werk gaat.
Er zijn veel verschillen tussen de meningen van mensen over Aurora’s, sommige volken
denken er heel anders over dan wij, en er is ook een vrij groot verschil tussen hoe men er
vroeger over dacht en nu.
Profielwerkstuk Poollicht
7
1.2
Historie
Mensen waren vroeger bang voor de
noorderlichten. In de middeleeuwen
zagen de mensen het noorderlicht als een
voorbode van het kwaad. Ze zagen een
rode gloed, hoorden een zacht geruis en
zagen dat aan voor de geesten van de
overleden strijders. Of als een voorbode
van God, dat ze deze strijd zouden gaan
verliezen of zelfs helemaal niet zouden
moeten houden. Men dacht dat God het
noorderlicht aan hen toonde om zijn
oneindige macht te laten zien. Om de
mensen te laten weten dat hij er was, dat
hij bestond. Geestelijken vertelden de
mensen dat het noorderlicht een teken
was dat het geduld van God bijna op was,
dat hij zich klaar maakte voor de strijd. En
Profielwerkstuk Poollicht
dat de mensen hem alleen konden
stoppen door weer naar de kerk te gaan,
naar de geestelijken te luisteren en hun
giften voor de kerk verdubbelden. Je zou
dus kunnen zeggen dat de geestelijken
gebruik maakten van het ongeloof van de
mensen.
Maar waarom was men er zo bang voor?
Het is simpel, ze wisten er niets van af.
Omdat men in die tijd het heelal nog niet
in kon en nog vrij weinig wist over de
aarde, magnetische velden, de zon, etc.
Voor hen was het gewoon een kleurige
gloed in de lucht. Ze hadden er geen
verklaring voor.
8
HET NOORDERLICHT
Het Noorderlicht veeurspelt neet völle goods. ie zeet het vake, as dat kriegsvolk zoo
trekt. In 1870 met de Fransch-Duutschen oorlog was 't ok op een aovend zoo rood
in 't westen en later zag ie 't in 't noorden.
Da's blood, zeien de luu. Daor vecht de dooje soldaoten in de loch." In 1811 scheen
het Noorderlicht ook zoo rood. "Grootvader had 'n bröer, dèn mos met Napoleon
wied vot, nao Rusland. En toe' schèn dat Noorderlech ok zoo rood en de olde
menschen praotten ok van blood en dèn armen jongen maken zik zoo bange. Hee is
vot egaon en nooit weer 'ekommen.
Hieronder een zo accuraat mogelijke vertaling in de huidige Nederlandse taal.
“Het noorderlicht voorspelt niet veel goeds, ik zie het vaker als het krijgsvolk erop uit trekt. In
1870 tijdens de Frans-Duitse oorlog was het op een avond ook zo rood in het westen en
daarna was het te zien in het noorden.
Dat is bloed, zeiden de mensen. Daar vechten de dode
soldaten. In 1811 scheen het Noorderlicht ook zo rood.
“Grootvader had een broer, die moest met Napoleon mee
naar Rusland. En toen scheen het Noorderlicht ook zo rood
en de oude mensen hebben het over het bloed en de
jongeren worden er bang van. Hij is toen weggegaan en
nooit meer teruggekomen. “
Profielwerkstuk Poollicht
9
Zo rond de middeleeuwen was er ook een oud volksverhaal over nachtridders, en de wilde
jacht. Aan het hoofd van deze nachtelijke jacht door de lucht stond de god Wodan. Hij was
de leider van een leger van dode ridders, die tijdens de midwinterstormen door de lucht
raasden. Het ontstaan van de noorderlichten in die periode werd dan ook gezien als het
leger van doden dat op jacht was.
Er zijn nog veel meer oude verhalen, maar ze gaan eigenlijk allemaal over hetzelfde
onderwerp: Het noorderlicht. Het had te maken met de doden of was een voorbode van iets
slechts dat hun kant op kwam. Het verschijnsel noorderlicht zal dan ook in veel oude sages,
legenden en mythen tegenkomen.
Maar er zijn natuurlijk ook andere volken die weer andere verhalen hebben te vertellen.
Zo dachten sommige Eskimo stammen dat het noorderlicht de zielen van ongeboren
kinderen bij zich draagt. De kinderen verblijven in het noorderlicht tot zij een lichaam
hebben gevonden.
Andere Eskimo stammen dachten dat het noorderlicht de geesten van overleden mensen en
dieren bij zich draagt. En zo ook de goden. Ze zien het noorderlicht soms ook als dansende
zielen van hun favoriete dieren.
De Iroquouis-stam dacht dat het noorderlicht een teken was voor het einde van je leven. De
weg naar de hel wordt beschreven als een trillende weg, naar het noorden door een
vlammende draaikolk. Iets dergelijks zie je ook terug bij de interpretaties van de Eskimo’s; de
Inuit en de Samis. Deze mensen zijn ervan overtuigd dat de noorderlichten de zielen zijn van
mensen dood zijn gegaan door groot verlies van bloed, of dit nou door zelfmoord, moord of
bij de geboorte al gebeurt.
Walt-Disney maakte gebuik van het geloof
van de eskimo’s in de film Brother Bear. In
deze film zie je hoe een eskimo jongen
door de goden tijdens een noorderlicht in
een beer veranderd wordt om te zorgen
voor een jong beertje waarvan hij de
moeder heeft gedood.
Profielwerkstuk Poollicht
10
De mensen in Scandinavië
hadden een ander idee
over de noorderlichten.
Het noorderlicht zou
staan voor de vrouwen
die leefden op een berg
genaamd Konnunso. Als
de vrouwen dansten
reflecteerde het licht van
hun vuren en kleren op
de aarde. Dat zou het
Profielwerkstuk Poollicht
noorderlicht doen
ontstaan.
In Zweden vond men de
kleuren van het
noorderlicht en de
manier waarop het
bewoog veel weg hebben
van de volksdansen. In
Zweden gebruikt men
nog steeds een
11
eeuwenoud gezegde “Als
het noorderlicht brandt,
zal het zaad groeien”. Ze
gebruiken het
noorderlicht ook om “s
nachts grote scholen
vissen op te sporen.
De Vikingen hadden hele andere opvattingen over het noorderlicht. Zij zagen het als iets
wat hen de goede kant op leidde. Zij zagen het als een teken van voorspoed en geluk.
Vikingen zagen het noorderlicht hoogstwaarschijnlijk niet als een gevaar omdat ze het vaker
zagen dan de mensen die in die tijd in het westen en zuiden van Europa leefden. Het
noorderlicht komt in het noorden veel meer voor dan hier, en daarom zagen ze het als iets
goed dat hun beschermde, het was voor hen vrij normaal.
Voor de Sioux –indianen in Amerika betekende het noorderlicht dat er een ritueel
uitgevoerd moest worden, als ze een ritueel uitvoerden zouden de geesten gaan dansen om
vervolgens ‘s Ochtends de zon weer op te laten gaan.
Er werden vroeger ook veel voorspellingen gedaan die met het noorderlicht te maken
hadden of door het noorderlicht werden veroorzaakt.
Op 3 oktober 1917, zou een mysterieuze vrouw zijn verschenen bij drie kinderen. Ze had een
boodschap voor hen die zei: als de hemel gekleurd wordt door een onbekend licht, zal er
oorlog uitbreken. En, net als voorspelt, werd de lucht van Westelijk Europa op 25 januari
1839, gekleurd door een raar vuur. Dit wordt gezien als een voorteken voor de Tweede
Wereldoorlog.
Vier jaar later zag men hetzelfde licht boven Ohio, Amerika. Een paar dagen later vond de
aanval op Pearl Harbor plaats.
Opvallend is dat er van stammen uit Afrika en Azië eigenlijk geen verhalen over poollichten
bestaan. Waarom niet? Daar is een eenvoudige verklaring voor. In Azië en Afrika komt
nagenoeg geen poollicht voor.
Profielwerkstuk Poollicht
12
1.3
Poollicht in het heden
De mens weet tegenwoordig erg veel over de poollichten. Dit komt omdat we
tegenwoordig steeds meer kunnen onderzoeken, we hebben meer
mogelijkheden.
Toch weet 90% van de bevolking niet precies hoe het in zijn werk gaat.
Iedereen snapt dat het een natuurverschijnsel is. Maar omdat de
theorie achter poollichten vrij moeilijk is neemt men vaak niet de
moeite om het verder uit te zoeken en te snappen.
Omdat mensen steeds meer onderzoek doen naar het kunnen
voorspellen van poollichten zijn er wel steeds meer mensen die er een willen zien. Veel
toeristische branches bieden daarom vakanties aan in Scandinavië waarbij je volgens hen de
kans hebt om een noorderlicht te zien.
Mensen zijn tegenwoordig niet meer bang voor het noorderlicht. Men vindt het een mooi
natuurverschijnsel en velen willen het graag een keer met eigen ogen zien.
Profielwerkstuk Poollicht
13
Poollicht Inhoudelijk
Profielwerkstuk Poollicht
14
2.0
Wat is poollicht?
2.1
Inleiding
Al lang werd er naar een verklaring gezocht voor een vreemd natuurkundig fenomeen dat
’s avonds de hemel deed oplichten. Sommige volken beschouwden het als heilig, anderen
dachten dat bepaalde werelddelen energie uitstraalden.
Pas met de komst van de kwantummechanica konden er theorieën bedacht worden over het
ontstaan van het
poollicht.
Momenteel zijn
alle theorieën
daarop gebaseerd,
maar het blijft een
gedachte en het is
nog nooit
bewezen. Dus we
kunnen er slechts
van uit gaan dat
het zo werkt.
De kwantummechanica richt
zich op de kleinste
deeltjes die er
bestaan. Deeltjes
zonder massa, met
slechts een beetje
energie. Kleiner
dan kwantum
bestaat niet. De
kwantummeter is
daarom ook de
kleinste lengte.
Kwantumtijd de
kortste tijd. Kleiner
dan dat zouden de
begrippen afstand
en tijd hun
betekenis
verliezen. Dit is
omdat er geen
referentie meer is
waar de eenheid
aan gebonden zou
moeten worden.
Poollicht is het licht wat ontstaat door invloed van zonnewinden en de energie die daar bij
vrij komt.
Op aarde is dit verschijnsel te zien als een gekleurde gloed die de hemel bedekt.
Profielwerkstuk Poollicht
15
2.2 Aardmagnetisch veld
Rondom de Aarde loopt een magnetisch
veld. Dit is vermoedelijk ontstaan door de
stroming van magnetische mineralen en
elementen in de aardkern. De Aarde is dan
ook niet de enige planeet met een
magnetisch veld, dus ook niet de enige
planeet met een vloeibare kern.
Het aardmagnetisch veld beschermd de
aarde tegen onder andere straling van de
zon.
De magnetosfeer is de ruimte om de
aarde heen waarin het magnetisch veld
invloed heeft.
steeds verder afwijken. Dit is een
belangrijk gegeven in voor de navigatie.
Van nature wijkt de ‘koers’ dus af van de
‘track’. Waarbij koers de richting is naar
het magnetische noorden en track de
richting is ten opzichte van het
aardoppervlak.
De oorsprong van dit magnetisch veld
staat ook niet stil, iedere dag “loopt” het
ongeveer 90 meter naar het westen. Het
gevolg is dat per jaar verder afwijkt van
het geografische noorden en de sterkte
ten opzichte van een absoluut punt op
aarde ook varieert.
In de afgelopen paar miljoen jaar zijn de
polen dan ook regelmatig gedraaid. Een
opvallend feit is dat deze draaiingen
steeds sneller achter elkaar gebeuren. De
omkeringen worden veroorzaakt door
veranderingen in kernstromingen. Hierbij
neemt het magneetveld eerst in sterkte af
om voorbij de evenaar vervolgens weer in
kracht toe te nemen. Er is niets bekend
over de blootstelling van zonnewinden
aan mensen. Of de invloed op het klimaat
en het weer.
Een grote fout die vaak gemaakt wordt is
de gedachte dat dit magnetische veld zijn
oorsprong vindt door de geografische
noord en zuid –pool. Het aardmagnetisch
veld ligt momenteel echter 11,5°
verschoven ten opzichte van de aardas. De
kompas werkt op dit magnetische veld.
Het ‘kompas noorden’ is dus hierbij het
‘magnetische noorden’ en niet het
geografische noorden. Exact op de
evenaar, bij het snijpunt van de aardas en
de as van het aardmagnetisch veld, is de
hoek 11,5°. Maar zodra de aardas wordt
gevolgd zal het magnetische noorden
Profielwerkstuk Poollicht
16
Sinds 1830 worden er systematisch
metingen gemaakt van de sterkte van het
aardmagneetveld en sinds toen is de
veldsterkte ongeveer 16% afgenomen. Dit
lijkt er op te wijzen dat de polen aan het
omdraaien zijn.
Aarde heen. Maar door de hoeveelheid
energie buigt het magneetveld zelf ook.
Hierdoor ontstaan openingen in het
magneetveld waardoor geladen deeltjes
toch richting de aarde komen. In de
magnetosfeer gaan deze deeltjes als een
kurkentrekker om de veldlijnen van het
magnetisch veld draaien.
Deze deeltjes, de elektronen, bewegen
over 3 assen om de veldlijn heen.
Het magnetische veld om de aarde
beschermd ons tegen zonnewinden. Dit
zijn grote vlagen geladen deeltjes met veel
energie die de ruimte in geslingerd
worden. Deze deeltjes botsen tegen het
magneetveld om de aarde, oftewel tegen
de magnetosfeer. Hierdoor worden de
deeltjes afgebogen en vliegen om de
Deze veldlijnen komen bij de polen samen.
Hier komen de elektronen ook samen
waardoor er een grote concentratie
deeltjes op hetzelfde punt terecht komt.
Invloed van de zon op de magnetosfeer
X-as is de centripetale kracht om de veldlijn. Een krachtvector wijst steeds naar het midden.
Y-as is de as waarover de elektron uit de bocht wilt vliegen, dit word tegen gegaan door de F mpz.
Z-as is de lengte van de veldlijn die gevolgd wordt, naar de noord of zuid pool van de aarde toe.
Profielwerkstuk Poollicht
17
2.3
De atmosfeer
De atmosfeer is per definitie een laag met gassen dat een hemellichaam omringt. Bij de
aarde is dit ook het geval. Vaak wordt het dan de dampkring genoemd. Deze gassen blijven
om de aarde heen hangen door de zwaartekracht die er op uitgeoefend wordt. In
vergelijking met de straal van de aarde is de atmosfeer maar een erg dunne laag. Dit is ook
waarom het broeikas effect zo’n groot probleem is. De atmosfeer raakt snel verzadigd. Het
weer speelt zich af in de laag die het dichtst bij de aarde ligt, de troposfeer. Deze luchtlaag is
ongeveer 13 km hoog en is de warmste en vochtigste laag van de dampkring. Poollicht word
op een hoogte van tussen de 80 en 1000km uitgestraald.
Om de kleur van het poollicht te kunnen beredeneren, moeten we weten welke stoffen er
allemaal in de atmosfeer aanwezig zijn.
Element
stof
N2
(stikstof)
Percentage van het totaal
78,084 %
O2
(zuurstof)
20,946 %
Ar
(Argon)
0.934 %
H2O
(waterdamp)
(wisselende hoeveelheden)
CO2
(kooldioxide)
0.032 %
sporengassen:
Ne
(Neon)
CH4
(methaan)
He
(helium)
Kr
(krypton)
H2
(waterstof)
Xe
(xenon)
N2O (Dikstikstofoxide)
Overige
0,001818 %
0,0002 %
0,000524 %
0,000114 %
0,00005 %
0,000009 %
0,00005 %
0,00124 %
Atmosfeer van de Aarde op zeeniveau.
Het meest voorkomende element in de atmosfeer is stikstof. Op grotere hoogte is het
percentage zuurstof lager, dit komt omdat zuurstof een vrij zwaar gas is.
Op 40.000 tot 60.000 kilometer hoogte bevind zich veel O3, Ozon.
Dit gas beschermt de aarde tegen teveel ultraviolette straling van de zon.
Deze laag wordt aangetast door zware chemicaliën en andere gassen.
Nog hoger is nog stikstof, en dan verdwijnt de laag langzaam naar het luchtledige.
Buiten de atmosfeer is geen lucht.
Profielwerkstuk Poollicht
18
ZONNEWINDEN
Profielwerkstuk Poollicht
19
3.0
Wat is de relatie tussen het poollicht en de zon?
3.1
Inleiding
De zon is ver uit het belangrijkste hemellichaam in ons zonnestelsel. Ze is niet alleen de grootste
maar ook de zwaarste. Ze bevat namelijk 99.9 % van alle massa van het zonnestelsel.
De zon is een actieve ster waar de planeten in een baan omheen draait. Door de activiteit worden de
omringende planeten soms sterk beïnvloed.
Een essentieel bestanddeel voor het vormen van aards poollicht is de energie die wij ontvangen van
de zon. Onze aarde straalt zelf minder energie uit dan dat het van de zon ontvangt. Wij gebruiken de
invloeden van de zon op de aarde voor licht en warmte.
Maar waar komt deze energie eigenlijk vandaan?
En wat voor invloed heeft het op de aarde?
Profielwerkstuk Poollicht
20
3.2
De zon
De zon heeft een cyclus van elf jaar. Daarbij zijn er perioden waar de activiteit van de zon erg groot
kan zijn. De zon straalt dan meer energie uit dan normaal.
Deze energie komt voort uit de kernfusie die in de zon plaats vindt. Er vindt een kernreactie plaats
tussen vier waterstofatomen die één heliumkern vormen (waterstofverbranding). Vier kernen
smelten samen tot een heliumkern.
De temperatuur in de zon is, vanaf een minimum van 15 miljoen graden, zo hoog dat de atomen
razendsnel bewegen. In combinatie met een druk van 250 miljard atmosfeer zorgt het ervoor dat ze
snel met elkaar in aanraking komen.
Deze reacties gebeuren tegelijk en achter elkaar door. Samen komt bij deze reacties een gemiddelde
energie van 3,86e33 ergs/sec (3,86 miljard Petawatt ( 1,0 x 1015)) vrij.
Deze energie bestaat uit fotonen en neutrino’s. Neutrino’s vliegen, doordat zij geen effect hebben en
een lichtsnelheid na een korte tijd al door de ruimte. Fotonen zorgen voor de temperatuur en het
licht wat men op aarde kan waarnemen en gebruiken. Verder kunnen zij ook zorgen voor een
zonnewind.
Profielwerkstuk Poollicht
21
3.3
Zonnewind
De fotonen banen zich een weg van de kern naar
het oppervlak om zo de zon te kunnen verlaten.
In de convectiezone, de buitenste laag van het
oppervlak van de zon, bevinden zich
convectiestromen bestaande uit geïoniseerde
gassen (geïoniseerde elementen als waterstof
(H), zuurstof (O) en stikstof (N)). De gassen
stromen van de kern richting het oppervlak. Als
de stromen bij het oppervlak aankomen koelen
ze af en keren weer terug richting de kern.
Als de fotonen in aanraking komen met deze
zone, botst het tegen geïoniseerde deeltjes en
zoekt een weg richting de ruimte.
Bij deze botsingen komen de geïoniseerde
deeltjes van de convectiezone in de atmosfeer
en krijgen hierbij een grote kinetische energie.
Ze krijgen een snelheid van gemiddeld 145km/s
in verschillende richtingen.
De atmosfeer van de zon bestaat uit drie lagen:
de fotosfeer, de chromosfeer en de corona. De
corona is de buitenste atmosferische laag. Deze
laag kan tot miljoenen kilometers in het heelal in
reiken. De corona is niet gelijkmatig verdeeld en
verandert aan de hand van het tijdstip in de
zonnecyclus.
De geïoniseerde deeltjes ontsnappen uiteindelijk
uit de corona aan de aantrekkingskracht van de
zon door het bereiken van een
bewegingssnelheid van 618km/s. De
magnetosfeer van de zon remt de deeltjes
namelijk af. Bij uitstoot daalt de snelheid dan
ook tot maximaal 400km/s.
Een verzameling van deze uitgestoten
geïoniseerde deeltjes wordt een zonnewind genoemd.
zonnewind maar zwak. Te zwak om een
zichtbaar poollicht mee te creëren.
Er is dus een sterker effect nodig om de
zonnewind harder te laten aankomen. Het
moet een hogere snelheid en meer
geïoniseerde deeltjes bevatten.
Voor het bereiken van de aarde moeten de
deeltjes een snelheid van minimaal 450 km/s
bezitten. Als de gemiddelde snelheid van een
geïoniseerd deeltje 145 km/s is, komen er
maar weinig deeltjes aan bij de aarde en is de
Profielwerkstuk Poollicht
22
Op tijdstippen in de zonnecyclus met een verhoogde activiteit, kan de
corona wegvallen en ontstaan er coronale gaten in de atmosfeer. Dit zijn
gebieden rond de polen van de zon waar de magnetische veldlijnen van
de zon niet terugkeren naar de zon. Door de vrijheid om rechtstreeks de
ruimte in te kunnen, kan dit een zonnewind flink versterken en een
snelheid bereiken van 700km/s. Deze snelheid wordt behouden doordat
er geen remmende werking van de magnetosfeer is.
Andere eigenschappen voor het versterken
van een zonnewind zijn Flares
(zonnevlammen) en CME’s (plasmawolken).
Flares zijn kernexplosies ten gevolge van het
ineens begeven van de magnetosfeer van de
zon ten gevolgen van vervormingkrachten op
een bepaald punt. De energie die opgeslagen
zit in de magnetosfeer komt plotseling vrij. Dit
vindt meestal plaats boven zonnevlekken. Bij
zonnevlekken daalt de temperatuur op een
bepaald punt en zorgt dit voor een verstoring
van de magnetosfeer. Aan de hand van de
activiteit van de zon ontstaan er
protuberansen in de chromosfeer. Dit is een
grote streng van plasma-achtige materie
buiten de atmosfeer van de zon.
Hierbij wordt zonnematerie (plasma) met een
snelheid van 400km/s tot 1000 km/s de
ruimte ingeslingerd. Flares hebben drie
verschillende logaritmische sterkten. De C-,
M-, en X-Flares. De X-flares komen qua sterkte
het meest in de buurt van een CME.
CME’s zijn de sterkste plasma-explosies van de
zon. Meestal vormt een CME bellen van
plasma dat wordt uitgestoten. Soms kan een
explosie een gehele halo vorm aannemen
waarbij het plasma in alle richtingen wordt
uitgestoten. Door het uitgestoten plasma
kunnen de geïoniseerde deeltjes versneld
worden en een snelheid bereiken oplopend
tot 2120km/s.
Zonnewinden zijn verder ondergeschikt in twee verschillende soorten. Het soort is afhankelijk van de
snelheid die de geïoniseerde deeltjes hebben na het ontrekken van de aantrekkingskracht van de
zon.
Trage zonnewind ontstaan rond de evenaar van de zon met een afwijking van 15° graden richting de
polen. Rond de evenaar bevinden de magnetische veldlijnen zich het verst van de zon af en worden
de deeltjes het meest afgeremd door de magnetosfeer van de zon.
Vanaf de polen wordt snelle zonnewind gecreëerd. Hoe dichter een foton zich bij de polen bevindt en
in botsing komt met geïoniseerde deeltjes hoe meer bewegingsenergie de deeltjes buiten de
magnetosfeer krijgen. Ze hoeven minder afstand af te leggen om buiten de magnetosfeer te komen
en verliest dan minder snelheid aan de aantrekkingskracht van de zon.
Als bij de polen een magnetische verstoringen plaats vind, geeft het een grotere snelheid mee aan de
geïoniseerde deeltjes bij de ontsnapping aan de aantrekkingskracht van de zon.
Profielwerkstuk Poollicht
23
3.4
Een zonnewind komt aan bij de aarde
Als de zonnewind bij ons hemellichaam aankomt, komt het in aanraking met de magnetosfeer. Indien
de energie van een magnetisch veld dominant is, behouden de magnetische veldlijnen hun vorm en
de bewegingssnelheid van de geïoniseerde deeltjes worden afgeremd.
Maar als de energie van de zonnewind dominant is wordt de magnetosfeer beïnvloed door deze
energie. De veldlijnen kunnen hierbij gebogen of lichtelijk ingedeukt worden.
Het is afhankelijk van de richting van de zonnewind of de geïoniseerde deeltjes worden opgenomen
in de magnetosfeer. De richting wordt mede bepaald door de vier verschillende seizoenen op de
aarde waarbij de aarde niet helemaal recht tegenover de zon staat.
De magnetisch veldlijnen van de aarde lopen van Zuid naar Noord. Als geïoniseerde deeltjes vanaf
dezelfde richting als de veldlijnen aankomen worden de deeltjes als het ware afgestoten en krijgen ze
geen kans om onder invloed van de Lorentzkracht naar de polen te trekken.
Een aangekomen zonnewind in de tegengestelde richting kan de magnetische tegendruk doen
opheffen. De meegekomen deeltjes kunnen zich door de magnetosfeer laten beïnvloeden.
Rond de polen geeft het een poollicht tot gevolg.
CME’s zijn zo sterk dat het kan zorgen voor poollichtstormen. Er komen zo veel geïoniseerde deeltjes
bij de aarde aan dat de deeltjes voor poollicht kan zorgen dat vergeleken met normaal gesignaleerd
poollicht bijzonder helder wordt.
Op plekken worden de magnetische veldlijnen zo sterk afgebogen dat er problemen kunnen ontstaan
bij communicatieve radiozenders.
De radiogolven worden verstoord en er ontstaat een ruis van de geïoniseerde deeltjes die de golven
aantasten.
De korte golven van 200 meter of korter, en middengolven (enkele honderden kilometers) gecreëerd
door zendmasten hebben hier het meeste last van. De korte golven kunnen een maximale hoogte
bereiken van 400 km en de middengolven maximaal 100 km. Hier kunnen de deeltjes nog niet in
aanraking komen met de
atmosfeer en worden
ze opgevangen door
de magnetosfeer.
Dit heeft als gevolg
dat een AM of FM
radioband gaat
storen.
Dit heeft rond de
polen de grootste
gevolgen. De
deeltjes komen
daar, door de
afbuiging van de
Lorentzkracht, bij
elkaar komen om
zo in contact te
komen met de
atmosfeer. De
deeltjes verstoren
de golven.
Profielwerkstuk Poollicht
24
3.5
Conclusie
De zon heeft door middel van zijn energie een zekere invloed op het poollicht. Het is het enige
variabele bestanddeel van de creatie poollicht. De activiteit van de zon is niet constant en heeft een
cyclus van 11 jaar.
De energie van de zon is echter wel nodig doordat de aarde zelf minder energie uitstraalt dan dat het
van de zon ontvangt.
De energie ontstaat door kernfusie die zich in de kern van de zon afspeelt. Door het versmelten van
twee waterstofatomen in een heliumatoom komen er veel fotonen vrij die het geïoniseerde plasma
door middel van botsingen in beweging brengt en zo aan de aantrekkingskracht van de zon kan
ontsnappen. Een verzameling geïoniseerde deeltjes die zich ontrekken aan de aantrekkingskracht
heet een zonnewind.
Een zonnewind kan de magnetosfeer van onze aarde bereiken als het in de goede richting staat. Door
de richting kan het poollicht laten verschijnen.
En Hoe hoger de snelheid van de zonnewind hoe meer geïoniseerde deeltjes een zonnewind bevat
als het de aarde bereikt. Dit bevat op onze aarde een helderder poollicht.
Poollicht op onze aarde is alleen te zien door de versterkende werking van Flares, CME’s of coronale
gaten. Dit komt doordat geïoniseerde deeltjes voor de creatie minstens met een snelheid 450km/s
moeten bewegen in de richting van de aarde.
Profielwerkstuk Poollicht
25
Verschillende Kleuren
Profielwerkstuk Poollicht
26
4.0
Verschillende kleuren
4.1
Het spectrum
Het spectrum is de volledige schaal aan
elektromagnetische straling. Hierin vallen
radargolven, maar ook licht. Het zichtbare
spectrum noemen we het ‘Kleuren
spectrum’. Licht is een vorm van
elektromagnetische straling. Alle soorten
elektromagnetische straling hebben in het
vacuüm een snelheid gelijk aan de
lichtsnelheid.
Het woord "elektromagnetisch"
weerspiegelt het verschijnsel dat
elektrische velden en magnetische velden,
als ze in de tijd veranderen, altijd samen
optreden. Een wisselend elektrisch veld
gaat altijd gepaard met een wisselend
magnetisch veld, en omgekeerd.
Het bijzondere van elektromagnetische
straling is dat er geen medium nodig is
waarin de golven zich voortplanten. In
tegenstelling tot geluid bijvoorbeeld, dat
zich niet in een vacuüm kan voortplanten,
kan licht zich prima door een verder totaal
lege ruimte voortbewegen.
Het vermogen van straling (uitgedrukt in
Watt, of joule/seconde) is gelijk aan het
aantal fotonen per seconde maal de
energie per foton. Dat laatste bepaalt het
soort straling, het eerste de intensiteit van
de straling.
Fotonen zijn een verschijningsvorm van
elektromagnetische straling. Deze kunnen
zich voordoen als golven of als een stroom
van bijna massaloze energiedeeltjes.
Eigenlijk zijn het allemaal kleine pakketjes
met energie.
Er bestaat een heel spectrum van
elektromagnetische straling van
verschillend energieniveau per foton. De
straling met een lager energieniveau per
foton heeft een grotere golflengte dan de
straling met een hoger energieniveau per
foton. Samenhangend met die
eigenschappen heeft elektromagnetische
straling allerlei toepassingen. Sommige
soorten (zoals radiogolven) hebben een
heel groot bereik bij een relatief laag
energieniveau. Andere soorten straling
(zoals Röntgenstraling) gaan door weefsels
heen en hebben daardoor medische
toepassingen.
Elektromagnetische straling kan voor de waarnemer twee vormen aannemen, namelijk als
een deeltje, het foton, of als een golfverschijnsel. Er is een verband tussen het energieniveau
E van dit foton en de frequentie f van de bijbehorende golf. Deze relatie is:
.
E=h f
waarin h de constante van Planck is. Dat elektromagnetische straling een golfverschijnsel is
kan met diffractie- en interferentieproeven worden aangetoond. Om onder andere het fotoelektrisch effect te kunnen verklaren moet aan deze straling een deeltjeskarakter toegekend
worden. Licht heeft dus een dualistisch karakter; een golf en een deeltje. We hebben beide
modellen nodig om verschillende natuurkundige processen te kunnen verklaren. Later bleek
ook dat materie zich niet alleen als deeltje, maar ook als een golf kan gedragen.
Profielwerkstuk Poollicht
27
In natuurkundige formules wordt in plaats van
de frequentie ook wel de golflengte gebruikt.
Hierbij komt een factor 2π naar voren. Dan is
het vaak handig om in plaats van de constante
van Planck h De constante van Dirac te
gebruiken, neergeschreven als h met een
streep er doorheen ( , h streep genoemd).
Dit is h gedeeld door 2π.
De mens kan bepaalde elektromagnetische
golven zien als licht. De golflengte van
zichtbaar licht ligt tussen de 380 en 780
nanometer. Hoe kleiner de golflengte, des te
meer energie de stroom bevat.
Max Planck ( 1858 – 1947 )
Het zichtbare spectrum met de bijbehorende golflengte in nanometers.
Profielwerkstuk Poollicht
28
4.2
Kwantummechanica
Een eerste aanzet tot de theorie van de kwantummechanica is gegeven door Max Planck in
zijn studie gepubliceerd in 1900 “Zur Theorie des Gesetzes der Energie-Verteilung im NormalSpektrum” over het probleem van de straling van een zwart lichaam. Planck kan de
experimentele resultaten voor deze straling verklaren door aan te nemen dat licht korrelig is
en in standaardpakketjes (quanta) komt. Hij bedoelde dit als een rekentruc. De
kwantummechanica is een intuïtief moeilijk te doorgronden theorie, die in de beginperiode
op veel weerstand stuitte. Albert Einstein had later bezwaar tegen de kansverdeling van
deeltjes: "God dobbelt niet". Hij geloofde dat de onzekerheden van de kwantumtheorie niet
reëel waren, maar dat er 'verborgen variabelen' waren, die we nog niet kennen, die alsnog
de theorie deterministisch zouden maken. Ook Max Planck zelf meende dat 'zijn'
kwantumtheorie later vervangen zou worden door een meer deterministische theorie
zonder 'vage' statistische eigenschappen. Latere experimenten hebben die positie echter
onhoudbaar gemaakt. Maar Einstein zelf gaf in 1905 Plancks methode een nieuwe
toepassing. Hij kon er het foto-elektrisch effect mee verklaren.
Niels Bohr kwam met zijn baanmodel voor de elektronen rond
een atoom.
Volgens het atoommodel van Bohr houden de elektronen van
een atoom zich op in een aantal schillen rondom de kern, die
een verschillend energieniveau hebben. Elke schil kan een
beperkt aantal elektronen bevatten. De elektronen van een
stabiel atoom zitten in de schillen met de laagst mogelijke
energie.
Als er energie aan een atoom wordt toegevoegd, bijvoorbeeld doordat de stof verhit wordt, kunnen
er elektronen naar een hogere energietoestand gaan. Dit heet een aangeslagen toestand. Het
overgaan naar een hogere energietoestand heet excitatie. Het atoom is dan niet meer in de stabiele
toestand.
Als er een elektron terugvalt naar een lager energieniveau, zendt het atoom energie uit in de vorm
van een foton, elektromagnetische straling, bijvoorbeeld in de vorm van licht. Dat heet emissie van
stralingsenergie.
Profielwerkstuk Poollicht
29
4.3
Van energie naar licht
Elektronen worden naar een hogere baan gestoten door een botsing. Maar ze willen terug naar hun
eigen baan. Bij de sprong tussen verschillende energieniveaus komt energie vrij in de vorm van een
foton.
De stralingsenergie die vrijkomt bij een bepaalde elektronensprong komt overeen met het
energieverschil tussen deze energieniveaus. De waarden van de sprongen zijn verschillend voor elk
element. De stralingsenergie bepaalt de golflengte van de straling, en dus de kleur van het
uitgestraalde licht.
Maar niet iedere kleur kan met ieder element gemaakt worden. Zo zullen de groene en rode kleur
vooral van zuurstof komen. En de paarse tinten van het element stikstof. Deze stoffen zijn het meest
aanwezig in de atmosfeer.
Welke stoffen een bepaalde golflengte uitzenden kan afgelezen worden uit een tabel. Hierin is het
zichtbare spectrum geselecteerd en de mogelijke kleuren per stof zijn ingevuld.
Profielwerkstuk Poollicht
30
Een grotere ‘val’ van het elektron geeft meer energie af, hier zal een kleinere golflengte uit komen.
Een kleine golflengte zal richting violet gaan, terwijl langere golflengten naar de kleur rood gaan. Bij
een rode kleur aan de lucht is er dus sprake van maar een kleine energie uitstoot per atoom.
Vlak bij de polen zal meer violet te zien zijn omdat de deeltjes hier harder op elkaar botsen.
Waardoor het elektron meer energie zal meekrijgen en naar een hogere baan geschoten wordt.
De hoeveelheid energie die vrijkomt is afleesbaar
Profielwerkstuk Poollicht
31
4.4
Invloed van de luchtdruk
Binnen de atmosfeer van de aarde heerst luchtdruk. De luchtdruk staat voor de kracht waarmee alle
gassen in de atmosfeer op de aarde leunen. Kom je hoger in de atmosfeer, dan heb je een dunnere
laag atmosfeer boven je en is de luchtdruk dus lager.
De luchtdruk betekent dus ook de hoeveelheid zuurstof of stikstof moleculen per volume. Een lage
luchtdruk heeft weinig moleculen per volume. En dus duurt het langer voor dat het elektron
afkomstig van een zonnewind tegen een molecuul botst. De snelheid hiermee is ook hoger en dus zal
het voor meer energie zorgen.
De theorie dat de kleur wordt beïnvloed door de luchtdruk klopt niet. Vaak wordt beweerd dat de
rode kleur komt door de lage luchtdruk. Echter, als er naar de vorm van de atmosfeer wordt gekeken
is er in de eerste lagen de minste luchtdruk. Dat is logisch want er zit niets boven. Omdat de
luchtdruk laag is zijn er weinig moleculen. Dus de deeltjes die vanaf de zon komen hebben in het
begin maar een kleine kans op een botsing. Als er een botsing is, is de hoeveelheid energie die
vrijkomt niet zo groot. Want de aantrekkingskracht van de veldlijnen van het aardmagnetisch veld en
de zwaartekracht zijn nog niet zo sterk.
De luchtdruk neemt toe naarmate het deeltje dichter bij het aardoppervlak komt. Bovendien neemt
ook de snelheid van het deeltje nog toe. In een hogere luchtdruk is de kans veel groter dat het een
molecuul raakt. En door de hogere snelheid komt er meer energie vrij. Waardoor een groen licht
ontstaat.
Het is dus niet zo dat lage druk rood licht veroorzaakt, en hogere druk geel/groen.
Er kan beter gezegd worden dat de deeltjes die de lage druk overleven als groen licht gezien worden.
De kleur hangt niet af van de luchtdruk.
Profielwerkstuk Poollicht
32
Poollicht op andere hemellichamen
Profielwerkstuk Poollicht
33
5.0
Kan op andere planeten ook poollicht ontstaan?
5.1
Inleiding
Na de ontdekking van de achterliggende theorie zijn sterrenkundigen gaan kijken naar de andere
planeten. Men was nieuwsgierig of onze planeet de enige in het zonnestelsel was die dit verschijnsel
kon creëren.
Andere planeten zouden op hun manier het ook moeten kunnen.
Planeten moeten wel aan bepaalde eisen voldoen om poollicht te laten verschijnen. Zo hebben ze
een magnetisch veld, energie van de zon of van een ander lichaam en een bepaalde conditie van de
atmosfeer nodig.
De aarde voldoet aan al deze eisen.
Maar zijn deze eisen echt nodig of kunnen er andere methodes zijn die zorgen voor poollicht?
Profielwerkstuk Poollicht
34
5.2
Jupiter
De eerste andere planeet waar poollicht was
ontdekt was Jupiter.
Op 24 en 26 februari 2003 werd een infrarode
afbeelding gemaakt van het verschijnsel wat
het bewijs was dat er op andere planeten ook
poollicht voorkwam.
Doordat deze planeet een gasreus is vond men
het vreemd om daar het poollicht te
ontdekken. De achterliggende theorie van het
poollicht verschijnsel op Jupiter was echter
niet te vergelijken met de theorie achter het
poollicht op onze aarde.
vulkanische activiteit worden er veel
geïoniseerde deeltjes, afkomstig uit een
uitbarsting, de ruimte in geblazen.
De geïoniseerde deeltjes worden in
magnetische baan naar de polen gebracht,
waar de richting van de veldlijnen van de
magnetosfeer zich in de planeet keren.
(Jupiter bezit een magnetisch veld dat zo sterk
is dat zijn invloeden uitstrekken tot voorbij de
baan van Saturnus.)
De meegebrachte geïoniseerde deeltjes van Io
komen in botsing met de atmosfeer van
Jupiter die hoofdzakelijk uit de waterstof en
helium bestaat. Er kunnen verschillende
kleuren ontstaan.
Onze aarde maakt namelijk gebruik van de
energie van de zon. De energie die de aarde
ontvangt door middel van zonnewinden is
groter dan dat de planeet zelf uitstraalt.
Gasreuzen als Jupiter en Saturnus stralen
meer energie uit dan ze van de zon
ontvangen.
Jupiter creëert in feite zijn eigen poollicht. Alle
eisen die nodig zijn voor het verschijnsel
poollicht worden op een vreemde manier
gebruikt en toegepast. De omringde manen en
de energie van Jupiter hebben een groot
effect op de polen.
Door de botsing ontstaat net als bij onze aarde
poollicht. Dit poollicht is alleen vele malen
sterker dan aards poollicht. Het kan tot 5 uur
lang aanhouden en heeft een veel groter
oppervlak.
Dit is te verklaren door de activiteit van Io en
de energie die het hemellichaam zelf
uitstraalt. Jupiter straalt zelf energie uit door
de trage gravitationele samentrekking van het
lichaam. Het straalt 2,5 keer meer energie uit
dan dat het van de zon ontvangt. De
atmosfeer kan deze energie goed geleiden en
er ontstaat een veel helderdere aurora dan op
aarde.
Verder zorgt deze energie voor een grotere
magnetosfeer rond Jupiter. En hoe groter de
magnetosfeer hoe langer de magnetische
veldlijnen zijn. De Lorentzkracht heeft hier een
langere werking en krijgen de geïoniseerde
deeltjes een groter snelheid. Het zorgt voor
krachtigere botsingen.
De maan Io is één van de 16 herkende manen
van Jupiter en bevindt zich het dichtste bij de
planeet. Deze maan is het meest actieve
vulkanische hemellichaam in het zonnestelsel.
Het kan enorme vulkanische pluimen creëren
die tot 300 km boven het oppervlak kunnen
reiken en elektromagnetische ontladingen
geven met een waarde oplopend tot 3 miljoen
Ampère.
Io is een vulkanisch maan die zwavel en
zwaveldioxide uitspuwt. Door de grote
Profielwerkstuk Poollicht
35
De andere twee gallileïsche
manen Europa en
Ganymedes hebben door
het sterke magnetisch veld
van Jupiter ook een invloed
op de polen. Deze is een
stuk kleiner doordat deze
manen niet erg actief zijn en
een bevroren oppervlak
hebben. Door radioactiviteit
worden watermoleculen
(aanwezig in allebei de
planeten) gesplitst en
hebben de manen een
atmosfeer van waterstof en
zuurstof.
De twee manen bevinden
zich verder weg van Jupiter
vergeleken met Io. De
Profielwerkstuk Poollicht
geïoniseerde deeltjes van
de manen volgen een
andere baan, in het
magnetisch veld van Jupiter,
die naar de polen toe lijdt.
Op de polen komen op drie
verschillende plekken
geïoniseerde deeltjes aan
van de drie manen. Op de
drie verschillende plaatsen
op de polen word poollicht
gevormd. Samen zorgt dit
voor een groot helder
oppervlak.
De vele ongelijktijdige
getijden van Jupiter hebben
veel effect op de
langdurigheid en de kans op
36
een poollicht die Io creëert.
Io kan zich 100 meter
verplaatsen ten opzichte
van Jupiter. Dit veroorzaakt
gravitationele
samentrekking van de kern
van Io en zorgt voor het
vulkanisme op de maan.
Als in een bepaald getij de
kern krachtiger wordt
samengetrokken is de kans
op een vulkanische
uitbarsting en dus de kans
op een poollicht op Jupiter,
waar de magnetische baan
in contact komt met de
atmosfeer, groter.
5.3
Saturnus
Na deze ontdekking werden ook andere gasreuzen onderzocht op het verschijnsel poollicht. Een jaar
later 24, 26 en 28 januari 2004 was het zo ver. Er werd poollicht met een infrarood camera ontdekt op
Saturnus, een andere gasreus die zich achter Jupiter bevindt. Er werd lang gedacht dat dit poollicht
precies dezelfde theorie bevatte als aards poollicht.
Maar op 16 februari 2005 ontdekte men één groot verschil met ons poollicht.
Het verschil is dat bij Saturnus de richting van de zonnewind niet belangrijk is als deze aankomt bij de
magnetosfeer. Ieder geïoniseerd deeltje word afgebogen door de Lorentzkracht welke richting dit
deeltje ook heeft.
De magnetisch veldlijnen van de aarde lopen richting het noorden. Als de zonnewind naar het zuiden
aankomt word de magnetosfeer gedeeltelijk opgeheven en is de magnetosfeer open voor de
geïoniseerde deeltjes. Bij een tegengestelde richting hebben de geïoniseerde deeltjes geen toegang
tot de magnetosfeer.
Als de zonnewind aankomt en het heeft dezelfde richting als de magnetosfeer worden de deeltjes als
het ware afgestoten en krijgen de geïoniseerde deeltjes geen kans om onder invloed van de
Lorentzkracht naar de polen te trekken.
Bij Saturnus blijkt de richting van de magnetische velden geen invloed te hebben op het ontstaan van
poollicht. Dit zou hoogstwaarschijnlijk kunnen komen doordat voor zo’n grote planeet de
magnetosfeer niet heel erg sterk is. Het laat ieder magnetisch veld binnen en dat veroorzaakt
verschillen in der verschijning. Er zijn 2 typen poollicht op Saturnus.
1. Het poollicht gaat mee met de rotatie van Saturnus.
2. Het poollicht staat stil en de Saturnus gaat door met de rotatie.
Het verschil in type zit in de aard van de richting van de zonnewind.
Komt de zonnewind van de tegengestelde richting als de magnetosfeer dan gaat de aurora mee
roteren (type 1). Als dit niet het geval is blijft de aurora stilstaan (type 2).
Profielwerkstuk Poollicht
37
5.4
Mars
De laatste planeet waar het poollicht is ontdekt is onze achterbuurman Mars.
Op 9 juni 2005 zag men vreemde lichtverschijnselen op het zuidelijk halfrond van Mars.
Men dacht altijd dat er geen poollicht op Mars kon voor komen door de ijle atmosfeer en de zwakke
magnetosfeer. Maar toch heeft men op Mars poollicht aangetroffen. Het poollicht op mars is alleen
door de aanwezigheid van het verschijnsel rond de evenaar al een heel stuk vreemder.
Bij Mars gaat het niet om de magnetische veldlijnen die naar de polen trekken maar om de
plaatselijke magnetische velden die zich in de korst van de planeet bevinden. Mars heeft geen
magnetosfeer maar bepaalde gebieden waarbij zich een soort magnetische bel vormt over het
oppervlak die de korst in verdwijnt.
Boven die plaatselijke magnetische rotsgebieden kan zich poollicht voordoen. Deze gebieden
bevinden zich grotendeels op het zuidelijk halfrond maar ook rond de evenaar van Mars.
Een zonnewind kan met een magnetisch gebied in aanraking komen en zo net als onze aarde het
lichtverschijnsel creëren.
Dit poollicht kan door het hoge CO2 percentage (97,98%) en verder een mengeling van andere gassen
in de atmosfeer niet erg helder zijn. De kleur die het vaak krijgt is Ultra Violet.
Profielwerkstuk Poollicht
38
5.5
Planeten zonder poollicht
Bij sommige planeten hebben astronomen al vast kunnen stellen dat er nooit een poollicht in hun
hemel te zien zal zijn. De planeten missen bepaalde eigenschap die essentieel kunnen zijn voor het
creëren van poollicht, zoals een atmosfeer of een magnetosfeer.
Maar er blijven onduidelijkheden over het verschijnsel. Niet alleen bij de planeten die geen poollicht
creëren maar ook planeten waarbij het poollicht wel gevormd word.
Zo is het bijvoorbeeld vreemd dat Jupiter invloeden heeft van drie Gallileïsche manen. De manen
Ganymedes en Io hebben een ijle atmosfeer in vergelijking met Io en kunne dus weinig geïoniseerde
deeltjes afgeven aan de magnetische veldlijnen naar de polen van Jupiter.
En Waarom is er niks bekend over vormingen van poollicht op de planeten Uranus en Neptunus.
Beide planeten bevatten alle eigenschappen om een poollicht te kunnen laten verschijnen.
Zonnewinden bevatten genoeg snelheid om beide planeten te kunnen bereiken en de planeten
bevatten genoeg atmosferische bestanddelen om een zonnewind mee in aanraking te laten komen.
Wat men wel al heeft vast kunnen stellen, na het ontdekken van het poollicht op saturnus, is dat
Mercurius en Pluto geen poollicht kunnen creëren. Beide planeten hebben vrijwel geen atmosfeer
doordat Pluto een bevroren planeet is en Mercurius bijna helemaal gesmolten.
De luchtdruk is door de lage aantrekkingskracht zo laag dat een zonnewind bij één van de planeten
aan zou komen en met geen enkel atmosferisch deeltje in botsing zou kunnen komen. De gassen die
er boven het oppervlak ontstaan kunnen meteen wegdrijven van de planeet.
Venus heeft als ander voorbeeld geen magnetosfeer. In vergelijking met Mars hoeft dat niet echt een
probleem te zijn.
Maar het verschil is dat Mars magnetische gebieden in de aardkorst heeft zitten door een vroegere
atmosfeer die de planeet heeft gehad. Venus daarentegen heeft nooit een magnetosfeer gehad. Er is
geen Lorentzkracht die de aangekomen geïoniseerde deeltjes doen versnellen.
Profielwerkstuk Poollicht
39
5.6
Conclusie
Onze aarde is niet de enige planeet die voor het lichtverschijnsel kan zorgen. Bijna 5 jaar geleden
werden de eerste beelden vast gelegd van Jupiter met hetzelfde verschijnsel. De jaren hierop
volgden meerdere planeten die het zelfde resultaat gaven.
Uiteindelijk kan ook op de planeten Jupiter, Saturnus en Mars poollicht ontstaan. Hoewel deze alle
drie erg kunnen verschillen in achterliggende theorie, brengt het bij ieder een lichtverschijnsel boven
het oppervlak.
Het blijkt dat zowel gasreuzen als Jupiter en Saturnus maar ook Aardse planeten zoals Mars en De
Aarde poollichten kunnen laten verschijnen.
Planeten die geen poollicht kunnen creëren, kunnen bepaalde atmosferische of magnetische
bestanddelen missen, die niet worden vervangen of aangepast. Door het niet compleet zijn van de
bestanddelen kan zich geen poollicht aan de hemel voor doen.
Mercurius en Pluto missen het bestanddeel de atmosfeer en Venus de Magnetosfeer.
In sommige gevallen is het nog niet duidelijk waarom de planeten het poollicht niet kunnen vormen.
Uranus en Neptunus zijn voorzien van alle eigenschappen die nodig zijn om een poollicht te kunnen
creëren, alleen is deze nooit ontdekt.
Profielwerkstuk Poollicht
40
Onderzoek naar poollicht
Profielwerkstuk Poollicht
41
6.0
Wat voor onderzoeken worden er gedaan naar Aurora’s?
6.1
Inleiding
De mens is altijd al bezig geweest met het onderzoeken van verschijnselen in de natuur, zo ook de
Poollichten. Poollichten bestaan al zo lang als de aarde maar er is pas sinds kort echt veel onderzoek
naar gekomen. Men deed er vroeger wel onderzoek naar maar ze hadden er gewoon niet de goede
instrumenten en apparatuur voor. Een groot obstakel was vroeger dat men de ruimte nog niet in
kon. En aangezien de ruimte en vooral de zon een grote rol spelen in het vormen van de Poollichten
was het erg moeilijk om er goed onderzoek naar te doen en conclusies te kunnen trekken. In deze
deelvraag zullen er verschillende onderwerpen aan de orde komen:
De vroegere onderzoeken naar poollichten.
De huidige en toekomstige onderzoeken naar poollichten
De waarnemingen: waar en hoe vaak ze voorkomen.
Profielwerkstuk Poollicht
42
6.1
De vroegere onderzoeken naar poollichten
De poollichten danken hun naam aan Galileo Galilei (1564-1642). Hij gaf de
poolichten hun wetenschappelijke naam die wij nog steeds gebruiken, Aurora
Borealis. Dit betekend “morgenrood van het noorden”. De poollichten hebben
meerdere namen die ze danken aan deze man.
Aurora Borealis, noorderlicht.
Aurora Australis, zuiderlicht
Aurora Polaris, poollicht
Galileo
De eerste echte onderzoeken naar poollichten begonnen in de 18e eeuw.
In 1744 deed de Duitser Samuel Von Triewald al een experiment op het gebied van het noorderlicht.
In een donkere kamer, met een gaatje in de muur om het zonlicht door te laten, stelde hij een
prisma, een glas cognac en een scherm op. Lichtstralen die door de opening kwamen, werden
gebroken en waaierden uiteen bij doorgang door het prisma. Wanneer het gebroken licht langs het
oppervlak van de cognac kwam, werd een patroon op het scherm geprojecteerd. Dit was het begin
van een wereldwijde theorie die ervan uitging dat het poollicht ontstaat uit zonlicht dat gebroken
wordt door verstrooide gassen, die in de atmosfeer verdampen. Deze gassen werden door de wind
meegevoerd waardoor er een aurora ontstond.
In 1897 voegde Kristian Berkeland, een natuurkundige uit Noorwegen er nog iets aan toe. Hij deed in
1897 en 1903 mee aan expedities om de hoogte van het noorderlicht te bepalen. Hij slaagde erin om
foto’s te maken van het noorderlicht op twee plekken die 3,4 km uit elkaar lagen. Met een
driehoeksmeting stelde hij vast dat het noorderlicht zich op 100 km hoogte bevond. Hij was ook een
van de eersten die erachter kwam dat zonnewinden iets te maken hadden met het verschijnen van
een noorderlicht.
In het begin nam niemand de ideën van Kristian Berkeland, ze gingen er vanuit dat alles wat hij zei
puur toeval was geweest. Carl Stormer veranderde dit. Stormer deed wiskundige berekeningen aan
de bewegingen van geladen deeltjes in een eenvoudig magnetisch dipoolveld. In 1907 publiceerde hij
een artikel waarin hij beschreef hoe geladen deeltjes spiraliseren om de magnetische veldlijnen. In
het magnetisch veld van de aarde lopen de veldlijnen op grotere hoogte verder uit elkaar. Als de
deeltjes op en neer spiraliseren langs de veldlijnen maken ze steeds kleinere en dichter op elkaar
liggende lussen naarmate ze dichter bij de aarde komen. Op en gegeven moment houdt de
neerwaartse bewegingen op bij de spiegelpunten en begint het deeltje weer terug, naar buiten toe,
te spiraliseren.
In 1853 werd Hendrik Antoon Lorentz geboren. Hij is een van de meest
bekende natuurkundigen van Nederland. In 1902 ontving hij de Nobelprijs
voor Natuurkunde. Hij werkte samen met onder andere Marie Curie en
Albert Einstein. Ook was hij de man die de formule voor de Lorentz/Lorenz
kracht uitvond. Hij deed tijdens zijn leven veel onderzoek naar de snelheid
van het licht. In 1875 verklaarde hij hoe de kleurschifting van het licht in
zijn werk gaat en in het jaar 1878 kon hij het verband tussen de dichtheid
van een stof en zijn brekingsindex verklaren. Hieruit ontstond de
beroemde Lorentz / Lorenz formule.
Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928)
Profielwerkstuk Poollicht
43
In 1882 en 1932 waren de eerste internationale pooljaren waarin men onder andere onderzoek deed
naar poollichten.
De eerste persoon die onderzoek deed naar de zonnevlekken was een apotheker en sterrenkundige
uit Duitsland genaamd Samuel Schwabe. Sinds 1826 noteerde hij dagelijks het aantal zonnevlekken.
Hij deed dit over een periode van 10 jaar.
In het jaar 1840 ontdekte een Engelse sterrenkundige en ook militair genaamd Sir Edward Sabine (
1788-1883 ) dat er een relatie was tussen het magnetisch veld van onze aarde en de zonnevlekken.
Hij deed meerdere onderzoeken waaronder een onderzoek naar magnetische stormen die de
naalden van een kompas deden afwijken. Hij kwam er achter dat dit tegelijkertijd op de noord- en
zuiderlichten voorkwam en kreeg de Engelse regering zover dat ze in 1840 verschillende
meetstations bouwden zodat hij het fenomeen verder kon onderzoeken. Na veel metingen en
analyses kwam hij er achter dat magnetische stormen een levenscyclus hadden van zo’n 10 tot 11
jaar. Sir Edward Sabine legde zijn eigen resultaten
naast die van de Duitser Samuel Schwabe en trok de conclusie dat er een relatie bestond tussen
zonnevlekken en storingen in het aardmagnetisme.
In het jaar 1957 kwam men er tijdens het internationaal
geografisch jaar achter dat de energie afkomstig van de
zon vrij komt op een hoogte tussen de 80 en 100
kilometer en dat dit er voor zorgt dat zij het kleurrijke
poollicht te zien krijgen.
Het internationaal geofysisch jaar duurde van 1 juli 1957
tot 31 december 1958 en er deden ruim 60 landen aan
mee. In een periode van anderhalf jaar werden vanaf
circa 2000 meetpunten metingen gedaan. In Nederland
kwam er een automatische equator tafel in de
Koninklijke sterrenwacht van Ukkel zodat men de zon
continue in de gaten kon houden.
Profielwerkstuk Poollicht
44
6.2
De huidige onderzoeken naar het poollicht
Tegenwoordig doet men veel meer onderzoek naar het ontstaan van poollichten en de relatie van
poollichten met de zon.
Eigenlijk doet ieder land wel onderzoek en ze doen allemaal andere dingen. Sommige landen
onderzoeken waar poollichten voorkomen en wanneer, anderen wat de zon te maken heeft met de
poollichten en weer anderen doen onderzoek naar poollichten op andere planeten. In dit deel zal ik
de meest recente en belangrijkste onderzoeken bespreken omdat het gewoon onmogelijk is om alle
onderzoeken uit te leggen en te noteren.
Het jaar 2007 is het heliofysisch jaar. De Verenigde Naties de wetenschappelijke gemeenschap
hebben dit jaar in plaats van geofysisch jaar heliofysisch jaar genoemd omdat ze niet alleen de studie
van de zon (Helios) maar ook de relatie van de zon met de aarde. Met het heliofysisch jaar willen ze
mensen stimuleren om meer onderzoek te doen naar de ruimte en om mensen de schoonheid van
de zon en de ruimte te laten zien. Dit jaar was een van de georganiseerde activiteiten een
tentoonstelling over de zon in het Planetarium van de Koninklijke Sterrenwacht van België.
In het jaar 1990 stuurde BIRA (Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie) een satelliet genaamd
Ulysses de ruimte in. Ulysses is gemaakt om de snelheden van zonnewinden op de polen en bij de
evenaar te meten. Ulysses is nog steeds in gebruik en stuurt dus al ruim 17 jaar gegevens naar de
aarde. Door de gegevens van Ulysses te bekijken en te onderzoeken heeft men uitgevonden dat de
snelheid bij de polen hoger is dan bij de evenaar. Dit komt door de Lorentzkracht.
Profielwerkstuk Poollicht
45
Ulysses meet de verschillende snelheden.
Het BIRA heeft ook onderzoek gedaan naar de magnetosfeer. De verbinding tussen de zonnewinden
en de magnetosfeer veroorzaakt een aparte stroom in de magnetosfeer die het mogelijk maakt om
energie op te slaan. Ze kwamen er achter dat een substorm (lichte versie van een magnetische
storm) er voor kan zorgen dat die opgeslagen energie zich plotseling ontlaadt met als mogelijk gevolg
het ontstaan van een heel fel en kort poollicht.
Het BIRA doet op het moment ook veel onderzoek naar de poollichten zelf. Ze bekijken ze vanuit de
ruimte door middel van het ruimtevaartuig CLUSTER.
Profielwerkstuk Poollicht
46
geladen deeltjes op te vangen in de cellen.
Men hoopt dat de kleine deeltjes zullen
blijven hangen in de molecuulstructuur van de
cellen. Ze kunnen kijken of de hoeveelheid
deeltjes en de verschillende soorten deeltjes
invloed hebben op de kleur, duur en felheid
van de poollichten. Ook willen ze kijken of er
tijdens zonnewinden meer deeltjes of andere
soorten deeltjes vrijkomen dan normaal. Men
verwacht dat ze dit rond 2010 uit zullen
kunnen gaan voeren.
Een ander onderzoek dat op dit moment
ontwikkeld wordt is te zien geweest op de
televisie (Discovery Channel). Men wil een
voertuig de ruimte in sturen om in de buurt
van de zon onderzoek te doen. Ze willen op
een veilige afstand van de zon een onbemand
voertuig laten zweven. Dit voertuig heeft
meerdere “cellen”gemaakt van de meest
edele metalen op aarde. Ze willen proberen
om de kleine fotonen en andere magnetisch
Profielwerkstuk Poollicht
47
6.3
Poollicht op andere planeten
Er wordt op dit moment veel onderzoek gedaan naar de poollichten die te zien zijn op andere
planeten. De Koninklijke Universiteit van Leuven (België) heeft hier de laatste jaren veel onderzoek
naar gedaan.
Er werd altijd gezegd dat de voorwaarden om een poollicht te kunnen creëren, een magnetisch veld
en een atmosfeer waren. De wetenschappers in Leuven kwamen er achter dat de poollichten op
Jupiter, Saturnus, en Neptunus “anders” waren dan die op aarde. Ze hebben de volgende
kenmerken.
Ze hebben andere kleuren
Grotere en snellere veranderingen in het poollicht
Een grotere magnetosfeer.
Poollicht op Jupiter ( bron : NASA)
Poollicht op Saturnus
Profielwerkstuk Poollicht
48
6.4
Het opwekken van poollichten
In Amerika is men op het moment druk bezig om uit te zoeken of men zelf een poollicht op kan
wekken. Op kleine schaal kan dit al ( zie het experiment van dit PWS ) maar op grote schaal in de
buitenlucht is het nog nooit geprobeerd.
Op 2 februari 2005 hebben onderzoekers van het HAARP (High Frequency Active Auroral Research
Program) in Alaska dit geprobeerd.
Voor het project gebruikten ze enkele antennes en een generator van 1 megawatt. Elke 7,5 seconden
stuurden ze een radiogolf de lucht in. Men zag tijdens het experiment enkele groene spikkels
verschijnen. Tijdens het experiment was er ook een echt poollicht te zien. Dit poollicht bevond zich
op 80km hoogte.
Foto’s gemaakt tijdens het experiment.
Hetzelfde experiment is ook nog een keer uitgevoerd door onderzoekers van de Cornell
University uit New York. Zij gebruikten een 960 kW zender en meerdere antennes.
Profielwerkstuk Poollicht
49
6.5
Waarnemingen van poollichten
Poollichten komen overal op aarde voor. Alleen zijn ze niet overal even vaak en even duidelijk te zien.
Een poollicht is het meest intens tussen ongeveer 22.00 uur en 00.00 uur ’s Avonds.
Een helder poollicht is meestal zo om de 27 dagen te zien. In de late herfst en vroege lente worden
de meeste poollichten gezien. In Noorwegen is dit anders daar worden in de maanden oktober,
maart en februari de meeste poollichten waargenomen.
Tijdens een zonminimum zijn de poollichten 20 tot 30 % minder te zien dan normaal. Een
zonminimum komt eens in de tien of elf jaar voor.
Er is een erg groot verschil tussen de polen, evenaar en het Middellandse zeegebied wat betreft
poollicht. In de “Noorderlichtzone” die ligt op 67,5° noorderbreedte is bijna iedere heldere
winternacht een poollicht te zien terwijl in het Middellandse zeegebied slechts 1 of 2 keer om de elf
jaar een poollicht te zien is. En precies op de evenaar is gemiddeld 1 keer om de 200 jaar een
poollicht te zien.
Onderstaand schema weergeeft het aantal dagen per jaar dat poollicht zichtbaar is in een percentage
Plaats
Barrow,
Alaska
Churchill,
Canada
Fairbanks,
Alaska
Tromsö,
Noorwegen
Kiruna,
Zweden
Anchorage,
Alaska
Winnipeg,
Canada
Calgary,
Canada
Oslo
Montreal
Bangor, VS
Edinburgh
New York
Moskou
Denver, VS
Melbourne
Sydney
Kaapstad
Los Angeles
Rome
MexicoStad
Buenos
Aires
Tokio
Profielwerkstuk Poollicht
Percentage
100
100
90
90
80
30
20
18
10
10
9
8
4
3
3
3
1
0,5
0,5
0,1
0,05
0,01
0,01
50
Ook in Nederland zijn af en toe Poollichten te zien. Helaas niet erg vaak omdat ons land zich ver weg
zijn van de polen bevind. Ook zijn bij ons de poollichten niet even goed waar te nemen als op de
polen.
De meest recente waarneming van een poollicht in Nederland is van 19 december 2006. De
verwachting is dat er in Nederland pas in 2010 weer een poollicht te zien zal zijn omdat we op dit
moment in een zonneminimum zitten.
Deze foto is gemaakt tijdens het poollicht van 2006 in Nederland.
Profielwerkstuk Poollicht
51
Interview
Profielwerkstuk Poollicht
52
7.0
Interview met Mevrouw Damen van de Leidse Universiteit.
We hebben een interview gehouden met
mevrouw Maaike Damen. Zij doet
sterrenkundig onderzoek en heeft voor ons
een aantal vragen beantwoord. Mevrouw
Damen heeft ons plaatjes met duidelijke
informatie gegeven die goed passen bij het
interview.
Hoe lang doet u al sterrenkundig onderzoek?
Ruim twee jaar geleden ben ik begonnen met professioneel onderzoek. Ik bestudeer het
ontstaan en de ontwikkeling van sterrenstelsels zoals onze Melkweg.
Wij zijn maken een profielwerkstuk over poollicht, wat vindt u van dit verschijnsel?
Vindt u het verschijnsel bijzonder? Zo ja, wat vindt u er bijzonder aan?
Het poollicht is een prachtig verschijnsel. Normaal gesproken kijken we niet op van het effect
van de zon op ons leven: haar dagelijks op- en ondergaan, de seizoenen. Het poollicht is een
spectaculair voorbeeld van hoe de zon op nog veel meer manieren aanwezig is en de aarde
beïnvloedt.
Op 19 december 2006 is het Noorderlicht voor het laatste gesignaleerd in Nederland heeft
u het gezien? Of heeft u er iets van gehoord?
Helaas heb ik het gemist! Ook verder noordelijk heb ik het poollicht nog nooit gezien.
Per jaar is het poollicht ongeveer 6 dagen(!) in Nederland zichtbaar, maar het is bijna nooit
zo mooi als wanneer je het in het verre Noorden ziet.
Wat vindt u er van dat het Noorderlicht af en toe helemaal Nederland kan bereiken want
ons land ligt toch meer dan 8000 kilometer van de Noordpool af?
Een afstand van 8000 km betekent voor een sterrenkundige niet zo veel. Het meest
dichtsbijzijnde object waar ik dagelijks mee werk ligt op 150 miljard(!) kilometer afstand. Het
licht van de zon bereikt de aarde en Nederland moeiteloos, ik ben dus niet heel verbaasd dat
de zonnewind ons ook kan bereiken, al is het dan niet zo heftig!
Denkt u dat er nog veel onduidelijkheden zijn over de aurora’s die nog moeten worden
opgelost? Zo ja, wat zou er onderzocht moeten worden?
Ik ben geen expert op dit gebied, maar ik denk dat we een duidelijk beeld hebben van
aurora's. We kunnen de kleuren en locatie verklaren en zelfs voorspellen wanneer er een
periode van veel poollicht aankomt. Als jullie hier meer details over willen weten, kan ik hier
nog dieper op in gaan. Laat het me maar weten.
Het raadsel poollicht hebben we dus redelijk opgelost. Maar behalve dat een aurora van
zichzelf een heel interessant verschijnsel is, kan het ons ook meer vertellen over de zon en
onze atmosfeer. Het poollicht geeft ons een direct signaal van heftige processen die zich op
het oppervlak van de zon afspelen. Ook ontstaan aurora's hoog in de atmosfeer. Door een
aurora te bestuderen, kunnen we dus informatie krijgen over de zon en onze atmosfeer.
Profielwerkstuk Poollicht
53
Heeft u al veel te maken gehad met leerlingen van het voortgezet onderwijs die bezig zijn
voor het profielwerkstuk met een sterrenkundig onderwerp?
Nee, nog niet. Maar ik hoop dat meer leerlingen voor sterrenkunde gaan kiezen als
onderwerp, want het is ontzettend interessant!
Met wat voor sterrenkundige onderzoeken bent u vooral bezig?
Zoals ik zei onderzoek ik het ontstaan van sterrenstelsels. Een sterrenstelsel is een
verzameling van miljoenen sterren, zoals bijvoorbeeld onze eigen melkweg. Er zijn nog veel
raadsels over het ontstaan van alle sterrenstelsels en hoe het kan dat ze zo groot en zwaar
zijn. Dat probeer ik op te lossen.
Het is tegenwoordig bekend dat er ook op andere planeten poollichten zijn ontdekt.
Verder zijn er nog onderzoeken gaande. Weet u hier meer over?
Helaas weet ik hier niet van. Het poollicht op aarde ontstaat doordat ons magnetisch veld
kleine deeltjes, afkomstig van de zon, afbuigt, waarna die deeltjes in onze atmosfeer het
poollicht doen ontstaan. Op elke andere planeet met een magnetisch veld en een atmosfeer
zou dus in principe poollicht mogelijk kunnen zijn.
Hoe ontstaat uit de zon een zonnewind?
Aurora’s ontstaan ondermeer door zonnewinden. Wat is in uw woorden een zonnewind?
Het oppervlak van de zon is heel onstuimig. Er zijn verschillende effecten die de deeltjes aan
the oppervlak tot grote hoogten doen opstijgen. Deze deeltjes worden tot een miljoen graden
opgewarmd en sommige krijgen hierdoor zo'n hoge snelheid dat ze ontsnappen. De stroom
van ontsnapte zonnedeeltjes noemen we zonnewind.
Profielwerkstuk Poollicht
54
Aan het oppervlak van de zon vindt een uitbarsting van zonnedeeltjes plaats. De deeltjes vormen een
zonnewind richting aarde. De paarse lijnen stellen het magnetisch veld van de aarde voor die de deeltjes in
bepaalde banen leiden
Wat doet een zonnewind precies met ons hemellichaam?
Het effect van een zonnewind op de zon is niet zo heftig. Het massaverlies lijkt behoorlijk: 10
miljard kg per jaar. Maar als je dat bekijkt over de hele leeftijd van de zon, is de zon door de
zonnewind slechts 0.1% van haar massa verloren.
Vinden zonnewinden vaak plaats? Zo ja, hoe vaak ongeveer?
Zonnewind ontstaat continu, alleen is het niet altijd even heftig. Dit staat in verband met iets
wat we zonnevlekken noemen. Zonnevlekken zijn donkere vlekken aan het oppervlak van de
zon en op een zonnevlek is de activiteit van de zon het heftigst. Het oppervlak van de zon is
voortdurend in beweging en zo gebeurt het dat de zonnevlekken van boven naar beneden
over de zon trekken. Als ze op de evenaar zijn is de activiteit het grootst, zijn de zonnevlekken
heftiger en zien we dus meer poollicht. Wat zonnevlekken precies zijn en hoe ze ontstaan is
nog een groot raadsel!
Profielwerkstuk Poollicht
55
Waar is de heliosfeer bij een zonnewind precies voor nodig en wat doet het?
De heliosfeer is het hele gebied waar de zonnewind zich bevindt en zijn invloed op uitoefent.
De volgende figuur laat duidelijk zien hoe groot de heliosfeer (heliosphere) wel niet is. Ver
buiten Pluto is het effect van de zonnewind dus nog steeds merkbaar. Ga je nog verder van
de zon af, dan kom je in de buurt van andere sterren en daar vind je geen zonnedeeltjes
meer. Buiten de heliosfeer en tussen de andere sterren zijn maar weinig deeltjes te vinden. Al
deze deeltjes bij elkaar noemen we het interstellaire medium (interstellar medium). De
heliosfeer ‘doet’ dus niet zoveel het is alleen de naam van de bol waarbinnen we zonnewind
aantreffen.
Waarom zijn langzame zonnewinden alleen langs de evenaar met 15 graden uitwijking en
snelle zonnewinden langs de polen?
Poeh, dat is lastig uit te leggen en eerlijk gezegd durf ik me daar niet aan te wagen! Ik hoop dat dat
geen probleem is..
Dat was het.. veel succes met het uitwerken hiervan en de rest van jullie werkstuk en als er nog
vragen zijn, dan hoor ik het graag!
Profielwerkstuk Poollicht
56
Experiment
Profielwerkstuk Poollicht
57
8.0
Experiment met licht
8.1
Onderzoeksvraag
Theorieën geven aan dat tijdens het verschijnen van het licht de elektronen in moleculen worden
aangetast.
Hoog in onze atmosfeer is de druk lager. Het poollicht komt alleen voor in deze hoge luchtlagen.
De verschillende eigenschappen voor het creëren van poollicht hangen samen met dit experiment. Er
wordt op dezelfde manier licht geproduceerd zoals het bij poollicht gebeurt alleen op een kleine
schaal.
Lukt het om zo licht te laten verschijnen dan kunnen we zeggen dat de theorie achter het poollicht
werkelijk klopt.
Onderzoeksvraag:
Hoe verschijnt er licht uit verschillende elementen?
8.2
Hypothese
We verwachten dat er in lage druk een lichtverschijnsel ontstaat. De lage druk is nodig voor het
versnellen van de elektronen. Door een hogere druk zouden ze direct al botsen zonder daar genoeg
energie bij af te geven.
De energie die vrij komt bij het terugvallen van de elektronen naar hun oorspronkelijke schil zijn
fotonen die op een bepaalde afstand van elkaar vrijkomen, dit is de golflengte.
Profielwerkstuk Poollicht
58
8.3
Uitvoering
Dit experiment heeft een vrij grote opstelling. Er is grof geweld nodig om de elektronen een flinke
snelheid te geven. Daarom is een Ruhmkorff, een grote condensator, nodig. Het zorgt dat de
stroomkring in pulsen
gesloten wordt en er
daardoor
hoogspanning
ontstaat.
Nodig:
-Ontladingsbuis
-Ruhmkorff
-Vacuümpomp
-2 maal statief
-Spanningskastje
-Krokodillenbekjes
-Bekabeling
Benodigdheden:
Ontladingsbuis
Ruhmkorff
Vacuümpomp
2 maal statief
Spanningskastje
Krokodillenbekjes
Bekabeling
Profielwerkstuk Poollicht
Functie:
Opslagruimte voor gas
Maakt hoogspanningspulsen
Creëert een lage druk
Versteviging van de positie van de ontladingsbuis
Dient als spanningsbron
Voor het contact tussen de bekabeling en de ontladingsbuis
Voor het aansluiten van alle componenten
59
8.4
Experiment
Om een lage druk te kunnen creëren wordt er gebruik gemaakt van een vacuümpomp. De pomp
zuigt de moleculen uit de ontladingsbuis. Waardoor er minder deeltjes in het gehele volume
voorkomen. Dit verschijnsel wordt lage druk genoemd.
De lage druk is essentieel om de elektronen de ruimte te geven om te versnellen.
Bij de uitvoering van het experiment werd eerst de ontladingsbuis zo goed mogelijk luchtledig
getrokken. Vervolgens is het spanningskastje aangezet en werd het circuit opgeladen.
De Ruhmkorff vormt bij contact hoogspanning. Deze impuls gaat door de ontladingsbuis en forceert
de elektronen in een bepaalde richting te bewegen.
8.5
Resultaten
Nadat de instellingen van de Ruhmkorff juist waren ingesteld en de stroomkring ging lopen gaf dit
een paars lichtverschijnsel als resultaat. Dit is de kleur violet die ontstaat als de elektronen in
aanraking komen met stikstof moleculen.
De blauwe gloed komt van het element Neon.
Profielwerkstuk Poollicht
60
8.6
Conclusie
Met dit onderzoek hebben we de theorie achter het lichtverschijnsel kunnen bewijzen. Met de foto’s
als resultaat kan er worden opgemerkt dat dit lichtverschijnsel inderdaad ontstaat. De verschillende
kleuren ontstaan door de elementen die in de ontladingsbuis overblijven na een aantal seconden de
vacuümpomp aan te hebben gezet.
Beantwoording onderzoeksvraag:
Door de elektronen in de ontladingsbuis te versnellen krijgt het een hoeveelheid kinetische energie
mee. Wanneer het elektron botst tegen een molecuul van het aanwezige element verspringen de
originele elektronen naar een hoger energieniveau.
De elektronen worden geforceerd in hun eigen baan terug te gaan. Bij de terugvalling ontstaat een
pakketje energie, een zogenaamde foton. Dit is een pakketje met energie dat een bepaalde
golflengte meekrijgt. Deze golflengte staat equivalent aan een kleur die wij als mens zijnde zien.
Als voorbeeld ontstaat er bij een botsing van een elektron met een stikstofmolecuul een paarse en
bij neon een blauwe -gloed. Deze kleuren zijn terug te vinden op de spectraalplaat.
Profielwerkstuk Poollicht
61
9.0
Afsluiting
9.1
Conclusie
Inhoudelijk is poollicht niets anders dan geladen deeltjes die botsen met moleculen in de
atmosfeer. De energie die hierbij vrij komt is voor de mens zichtbaar als licht.
Samenvattend:
Door reacties in de zon komen er veel geladen deeltjes
vrij die met een grote snelheid het heelal in geschoten
worden.
Door de magnetosfeer van de Aarde of een andere
planeet wordt deze stroom deeltjes in banen naar het
hemellichaam geleidt.
De deeltjes botsen met moleculen in de atmosfeer
waardoor elektronen een energieniveau opschuiven.
De elektronen willen terug naar hun ‘eigen’ schil en vallen
terug. Hierbij komt energie vrij in de vorm van een foton.
De hoeveelheid energie die vrijkomt staat gelijk aan een
zekere golflengte. De mens ziet een golflengte tussen de
400 en de 800 nanometer als zichtbaar licht. Als de
fotonen stroom deze hoeveelheid energie meekrijgt word
voor ons het ‘poollicht’ zichtbaar.
In de geschiedenis waren mensen vooral bang voor poollichten. Andere volken fascineerde
het. En gaven er een mooie betekenis aan. Tegenwoordig staat het bekend als natuurkundig
verschijnsel.
Voor alsnog kent slechts een klein groepje mensen de werking van dit proces.
Profielwerkstuk Poollicht
62
9.2
Bronnen
http://allesoversterrenkunde.nl/content.shtml?http://allesoversterrenkunde.nl/cgibin/scripts/db.cgi?db=nieuws&uid=default&ID=1756&ww=1&view_records=1
http://chandra.harvard.edu/photo/2007/jupiter/
http://www.spacepage.be/content/view/1352/53/
http://www.spacepage.be/content/view/798/53/
http://www.infoster.be/negepl/jupite.html
http://www.answers.com/topic/europa
http://www.pgserve.demon.nl/Astro/jupiter.htm
http://www.infoster.be/negepl/jupite.html
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/manen-groot.php
http://www.astronomie.nl/beeldbank.php?cat=43&img=453
http://allesoversterrenkunde.nl/content.shtml?http://allesoversterrenkunde.nl/cgibin/scripts/db.cgi?db=nieuws&uid=default&ww=on&ID=582&view_records=1
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/press-release-details.cfm?newsID=542
http://www.njrs.nl/?nav=themas&sub=sterrenkunde&bericht_id=81
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/press-release-details.cfm?newsID=542
http://www.saturntoday.com/news/viewpr.html?pid=16180
http://www.nieuwsblad.be/Article/Detail.aspx?articleID=g1mfg9kc
http://www.europlanetarium.be/view.php?id=448
http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2005/12/12_mars.shtml
http://allesoversterrenkunde.nl/cgibin/scripts/db.cgi?db=nieuws&uid=default&ID=837&mail_records=1&ww=on
http://www.astronomie.be/forum/viewtopic.php?p=420&sid=e408e9f4141c1554a70b289a276a8b8
b
http://nl.wikipedia.org/wiki/Mars_(planeet)#Atmosfeer
http://www.xs4all.nl/~ghsimons/uranus.htm
http://nl.wikipedia.org/wiki/Uranus_(planeet)
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/uranus.php
Profielwerkstuk Poollicht
63
http://nl.wikipedia.org/wiki/Pluto_(dwergplaneet)
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/terrestrische.php
http://nl.wikipedia.org/wiki/Mercurius_(planeet)
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/terrestrische.php
http://www.owc.be/nl/publicaties/artikel.mv?id=50
http://www.scholieren.com/werkstukken/18612
http://nl.wikipedia.org/wiki/Neptunus_%28planeet%29
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/neptunus.php
http://nl.wikipedia.org/wiki/Venus_(planeet)
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/terrestrische.php
http://chandra.harvard.edu/photo/2007/jupiter/jupiter_aurora_sm.mov
http://users.pandora.be/hhc.tervuren/DELP/oplossingzonnestelsel.htm
http://nl.wikipedia.org/wiki/Zonnevlek
http://nl.wikipedia.org/wiki/Neptunus_%28planeet%29
http://www.spacepage.be/index.php?option=com_content&task=view&id=1338&Itemid=53
http://nl.wikipedia.org/wiki/Zonnewind
http://www.nrc.nl/W2/Lab/Profiel/DeZon/
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/zon.php
http://www.urania.be/sterrenkunde/waarnemen/poollicht/poollicht20031030.php
http://www.spaceweather-chat.info/faq-nl.php
http://webcam.paanstra.nl/?id=2,6&lat=&al=&le=
http://nl.wikipedia.org/wiki/Zonnevlam
http://www.urania.be/dossiers/50jaarruimtevaart/solar.php
http://www.urania.be/sterrenkunde/waarnemen/poollicht/poollicht20031030.php
http://www.xs4all.nl/~carlkop/auralern.html
http://www.sterrenkunde.nl/index/encyclopedie/kometen.html
http://home.hccnet.nl/h.de.jong/zonnig.html
http://www.infoster.be/negepl/sol.html
http://www.kennislink.nl/web/show?id=173939
http://www.kennislink.nl/web/show?id=111916
http://www.spacepage.be/content/view/1195/53/
http://nl.wikipedia.org/wiki/Zon
http://nl.wikipedia.org/wiki/Ster_(hemellichaam)
http://www.edybevk.dds.nl/astronomie/Les%2010/Les%2010%20De%20zon.htm
Binas
Profielwerkstuk 6VWO magnetisme
“Doorbraken in de Natuurkude” Redactie Machiel Keestra
Profielwerkstuk Poollicht
64
9.3
Begrippenlijst
Atmosfeer
Gassen boven planeetoppervlak.
CME
Coronal Mass Ejection – Plasma uitbarsting in bel-vorm
Elektron
Negatief geladen deeltje
Gravitatie
Aantrekkingskracht door massa van een hemellichaam
Kernenergie
Energie die vrijkomt bij versmelting van moleculekernen
Magnetosfeer
Het gebied om ‘n planeet waar magnetisme heerst
Neutrino’s
Ongeladen deeltje zonder wisselwerking met materie
Poollicht
Gekleurde gloed aan de hemel op een planeet.
Positron
Positief geladen deeltje, familie van de Elektron.
Schil
Energieniveau van atoom, afstand van elektron tot kern.
Zonnecyclus
Periode van 11jaar met verhoogde activiteit van de zon.
Zonnestelsel
Verzameling planeten rond een actieve ster.
Zonnevlam
(Flare) Plasma uitbarsting aan het oppervlak van de zon.
Zonnevlek
Gebied op de zon waar een zonnevlam ontstaat.
Zonnewind
Verzameling geladen deeltjes in het heelal.
Profielwerkstuk Poollicht
65
9.4
Problemen
-
9.5
Informatie Binas niet accuraat
Vacuümpomp niet sterk genoeg
Magneetsensor kapot
Samenwerking
Afwezigheid Leon
Dank
Wij willen Dhr. G. Broers in het speciaal bedanken.
Hij is een geweldige hulp voor ons geweest bij het opstelling van het experiment en het meedenken
over de theorieën.
Dhr. Veenstra heeft door zijn functie als begeleider, ons in de goede richting gestuurd.
Dhr. Vunderink (Natuurkundige) heeft ons flink op weg geholpen met de theorie over poollicht.
Maaike Damen (sterrenkundige) heeft op het gebied van sterrenkunde ons duidelijk gemaakt wat er
zich in het heelal afspeelt voordat er een poollicht op een planeet te zien is.
Als laatst willen we de heer F. Weggelaar bedanken voor het keurig afdrukken van dit enorme
verslag.
Allen bedankt.
Profielwerkstuk Poollicht
66
9.6
logboek
Tijdens het onderzoeken is een logboek bijgehouden
met het aantal werkuren exact ingevuld. Ook andere
informatie zoals de activiteit en de datum zijn
weergeven.
Leon
Datum
7-9-2007
20-9-2007
24-9-2007
12-10-2007
15-10-2007
16-10-2007
1-11-2007
5-11-2007
6-11-2007
7-11-2007
10-11-2007
16-11-2007
17-11-2007
19-11-2007
20-11-2007
21-11-2007
23-11-2007
24-11-2007
25-11-2007
26-11-2007
27-11-2007
28-11-2007
Totaal:
Profielwerkstuk Poollicht
Uren
1
2
2
1
2
6
5
2
2
4
6
6
6
4
3
5
4
3
5
6
6
8
89
Omschrijving
onderzoek onderwerp
zoeken informatie
zoeken informatie
overleg
voorbereiding bezoek lisse
Bezoek Lisse + uitwerking
uitwerken
samenvatting
theorie
voortgangsgesprek + theorie
schrijven van deelvragen
schrijven van deelvragen
schrijven van deelvragen
schrijven van deelvragen
schrijven van deelvragen
uitwerken
uitwerken
uitwerken
uitwerken
uitwerken
opmaken
opmaken, afronden
67
Daniëlle
Aantal minuten
75
50
60
50
50
60
90
60
50
120
50
135
50
90
210
90
50
30
75
390
30
90
135
90
270
150
150
100
50
90
240
150
240
330
50
150
330
4480
Datum
7-sep
17-sep
18-sep
21-sep
24-sep
30-sep
1-okt
2-okt
5-okt
7-okt
8-okt
9-okt
16-okt
3-nov
6-nov
7-nov
11-nov
18-nov
19-nov
20-nov
21-nov
22-nov
23-nov
27-nov
28-nov
Profielwerkstuk Poollicht
Tijd
14:15 - 15:30
12:10 - 13:00
20:00 - 21:00
9:20 - 10:10
12:10 - 13:00
16:00 - 17:00
16:30 - 18:00
19:45 - 20:45
15:05 - 15:55
19:30 - 21:30
12:10 - 13:00
14:15 - 16:30
15:05 - 15:55
19:30 - 21:00
14:00 - 17:30
9:00 - 10:30
12:10 - 13:00
12:30 - 13:00
13:30 - 14:45
11:00 - 15:30
12:30 - 13:00
15:00 - 16:30
21:00 - 23:15
14:00 - 15:30
13:00 - 17:30
20:00 - 22:30
13:30 - 16:00
8:30 - 10:10
10:10 - 11:00
14:30 - 16:00
13:30 - 17:30
15:00 - 17:30
19:00 - 23:00
17:00 - 22:30
12:10 - 13:00
15:00 - 17:30
21:00 - 02:30
75 uur totaal
68
Activiteit
Onderzoek onderwerp
Evalutatie experiment
Notitie hoofd- en deelvragen
Opmaak taakverdeling
Uitwerkingen taakverdeling
Onderzoek sterrenkundige
Vooronderzoek experiment
Vooronderzoek experiment
Gesprek met TOA
Contact sterrenwacht
Test experiment
Uitvoering experiment
Vorming interviewen
Uitwerking experiment
Afronding interview
Contact natuurkundige en sterrenkundige
Voorgangsgesprek groep
Voortgangsgesprek
Interview Natuurkundige
Onderzoek deelvraag 6
Voortgangsgesprek
Onderzoek deelvraag 6
Onderzoek deelvraag 6
Onderzoek deelvraag 6
Beantwoording deelvraag 6
Beantwoording deelvraag 6
Onderzoek deelvraag 4
Onderzoek deelvraag 4
Beantwoording deelvraag 4
Beantwoording deelvraag 4
Bewerkingen
Bewerkingen
Controles
Opmaak
Opmaak
Opmaak
afronding
Franka
Datum
Tijd
Wat gedaan?
7 september
10 september
17 september
22 september
2 oktober
5 oktober
8 oktober
9 oktober
14 oktober
15 oktober
17 oktober
14:15-15:30
9:30-10:30
12:10-13:00
13:00-15:00
14:15-16:30
16:00-18:00
12:10-13:00
12:10-13:00
13:30-15:00
13:00-17:00
18:30-21:45
18 oktober
12:30-15:30
19 oktober
20 oktober
23 oktober
27 oktober
19:00-21:30
13:15-17:30
18:30-20:45
15:15-17:00
Onderwerp zoeken
Informatie zoeken
Evaluatie onderwerp
Op internet info zoeken
Experiment
Informatie zoeken via internet
Vergadering met groep
Voortgangsgesprek
Informatie zoeken + typen
Ifnormatie zoeken
Info zoeken in encyclopedie
en op internet
Naar bibliotheek voor
informatie
Typen +informatie zoeken
Typen + informatie zoeken
Typen + informatie
Typen
31 oktober
14:30-16:50
2 november
5 november
6 november
9 november
11 november
14 november
11:00-15:00
9:00-10:30
12:30-13:00
16:15-18:00
19:00-21:00
15:00-17:30 en 18:45-21:20
14:00-17:20
16 november
19 november
20:30-22:10
20:30-22:00
21 november
23 November
14:00-17:00
15:30-17:00
24 november
29 November
29 november
11:00-13:45
8:00-8:10
9:50-10:30
63 uur :15 min
Profielwerkstuk Poollicht
69
Mailen naar mevrouw Damen
en typen.
Typen van deelvraag
Typen van deelvraag
Voortgangsgesprek
Typen
Typen, informatie zoeken en
afbeeldingen zoeken
Typen
Bekijken en verwerken
interview met Damen
(19) Mail met verdere vragen
aan mevrouw Damen
opstellen en sturen en
bedanken voor het interview
Typen en geschikte
afbeeldingen zoeken
Verzenden naar Leon
Typen + verzenden
Sturen Bronnenlijst
Typen + verzenden logboek
Intentionally blank
Profielwerkstuk Poollicht
70