De tekeningen die astronoom Johannes Kepler in 1607 maakte van zonnevlekken blijken waardevolle informatie te bevatten over de activiteit van onze ster. De schetsen weerleggen het idee dat er in die tijd een extreem korte zonnecyclus plaatsvond.
In 1610 begonnen astronomen zonnevlekken waar te nemen met behulp van telescopen die geschikt zijn voor het felle zonlicht. Sindsdien zijn de zonnevlekken, en daarmee de activiteitscyclus van de zon, voortdurend vastgelegd. Maar deze waarnemingen begonnen eigenlijk net iets te laat: we hebben het begin van de zonnecyclus die toen gaande was gemist.
Nu blijkt dat de zonnevlektekeningen die de Duitse astronoom Johannes Kepler in 1607 maakte – zonder telescoop – helderheid verschaffen over het begin van deze cyclus. Uit de schetsen blijkt dat de cyclus later begon dan sommige astronomen dachten. Dit ontdekte een internationale groep onderzoekers die de bijna in vergetelheid geraakte tekeningen van Kepler analyseerde met moderne technieken. Hun bevindingen deelden ze in het wetenschappelijke tijdschrift Astrophysical Journal Letters.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Zonnevlekken
We zitten op dit moment in de piek van de zonnecyclus. Daardoor is het noorderlicht dit jaar al een paar keer boven Nederland te zien geweest. De activiteit aan het oppervlak van de zon heeft ruwweg een elfjarige cyclus. Die activiteit ontstaat doordat het kolken van geladen deeltjes op de zon krachtige magneetvelden opwekt. In een tumultueuze periode kunnen die magneetvelden losscheuren en daarbij een stoot geladen deeltjes het heelal inslingeren. Als die deeltjes de aardatmosfeer raken, dan veroorzaken ze de prachtige groene, paarse of rode dansende gordijnen van poollicht.
Tijdens dat tumult komt het ook vaker voor dat de magneetvelden door de buitenste laag van de zon heen prikken. Dat zien wij vanaf de aarde als zwarte vlekken op het oppervlak van de ster. Een actieve periode in de zonnecyclus, is dus herkenbaar aan de vlekken.
Maunderminimum
Hoewel de zonnecycli nu meestal elf jaar duren, hebben ze geen ijzeren regelmaat. Van 1645 tot 1715 was er bijvoorbeeld een periode waarin de zonneactiviteit erg laag was. Deze periode wordt het Maunderminimum genoemd. Er waren toen nauwelijks zonnevlekken te zien.
Hoe de zonneactiviteit overging van regelmatige cycli naar deze lange periode van minimale activiteit, is niet goed bekend. Uit verschillende reconstructies van vroege zonnevlekwaarnemingen, en aanwijzingen van zonnestormen in boomringen, komen twee verschillende scenario’s naar voren. Volgens de ene reconstructie was er voor het Maunderminimum eerst een uitzonderlijk korte cyclus van een paar jaar en daarna een lange van veel meer dan elf jaar. De andere reconstructie wijst er daarentegen op dat de cycli voor het minimum niet afweken van de gewoon elfjarig regelmaat.
‘Welke reconstructie moeten we vertrouwen? Het is uiterst belangrijk om deze reconstructies te controleren met onafhankelijke – bij voorkeur observationele – gegevens’, zegt astronoom Hisashi Hayakawa, van de Nagoya-universiteit in Japan.
Keplers schetsen
Dit is waar de schetsen van Kepler om de hoek komen kijken. Kepler bestudeerde de zon met een camera obscura, die bestaat uit een plaat met een klein gaatje erin, die een beeld van de zon op een achtergelegen wand of papier projecteert.
In mei 1607 zag Kepler een donkere vlek op de zon. Hij dacht eerst dat dit de planeet Mercurius was die voor de zon langs bewoog. Een paar jaar later realiseerde hij zich dat het een groep zonnevlekken was en corrigeerde hij zijn aantekeningen.
Hoewel deze zonnevlekschetsen en Keplers aantekeningen bekend waren, waren ze nog niet eerder gebruikt om zonnecycli in kaart te brengen. Dat heeft deze onderzoeksgroep nu wel gedaan. ‘We realiseerden ons dat deze zonnevlektekening ons de locatie van de zonnevlek en daarmee de fase van de zonnecyclus in 1607 kon vertellen’, zegt onderzoeksleider Hayakawa.
Door de tekening te analyseren met moderne technieken en kennis, wisten de onderzoekers af te leiden dat Kepler keek naar zonnevlekken aan het einde van een cyclus. Dit betekent dat een cyclus eindigde tussen 1607 en 1610 – het jaar van de eerste zonnetelescopen, die zonnevlekken waarnamen aan het begin van een nieuwe cyclus. Dit wijst erop dat deze cycli voorafgaand aan het Maunderminimum regelmatig waren.
Zo bieden de bijna in vergetelheid geraakte schetsen van Kepler nieuwe en belangrijke informatie over het gedrag van de zon.
