Deze twee afbeeldingen van de zon laten zien hoe het aantal zonnevlekken varieert in de loop van een zonnevlekkencyclus. Het linker beeld, met veel zonnevlekken, werd genomen nabij zonnemaximum in maart 2001. De rechter foto, waarop geen zonnevlekken te zien zijn, is in januari 2005 gemaakt bij zonneminimum.
Credit: SOHO (ESA & NASA)
Het aantal zonnevlekken dat op het “oppervlak” van de zon is waargenomen, varieert van jaar tot jaar. Dit stijgen en dalen van het aantal zonnevlekken verloopt cyclisch; de lengte van de cyclus is gemiddeld ongeveer elf jaar. De cyclische variatie in het aantal zonnevlekken, in 1843 ontdekt door de Duitse amateur-astronoom Samuel Heinrich Schwabe, wordt “de zonnevlekkencyclus” genoemd.
Zonnevlekkenmaximum & Zonne-min
Een piek in het zonnevlekkengetal wordt een tijd van “zonne-maximum” (of “zonne-maximum”) genoemd, terwijl een periode waarin weinig zonnevlekken verschijnen een “zonne-minimum” (of “zonne-minimum”) wordt genoemd. Een voorbeeld van een recente zonnevlekkencyclus loopt van het zonneminimum in 1986, toen 13 zonnevlekken werden gezien, via het zonnemaximum in 1989, toen meer dan 157 zonnevlekken verschenen, tot het volgende zonneminimum in 1996 (tien jaar na het zonneminimum van 1986), toen het aantal zonnevlekken weer was gedaald tot minder dan 9.
Naast het aantal zonnevlekken varieert ook de locatie van de zonnevlekken gedurende de zonnevlekkencyclus. Op zonneminimum vormen de zonnevlekken zich meestal rond breedtegraden van 30° tot 45° ten noorden en ten zuiden van de evenaar van de zon. Naarmate de zonnecyclus vordert, verschijnen de zonnevlekken dichter bij de evenaar, rond een breedte van 15°. Tegen het einde van een cyclus, als zonnemin weer nadert, ontstaan zonnevlekken vrij dicht bij de zonne-evenaar, rond 7° noorder- en zuiderbreedte. Er is vaak een overlapping in deze latitudinale migratietrend rond zonneminimum, wanneer zonnevlekken van de uitgaande cyclus zich op lage breedtegraden vormen en zonnevlekken van de komende cyclus zich weer op hoge breedtegraden beginnen te vormen. Deze geleidelijke equatorwaartse verschuiving van zonnevlekken gedurende de zonnevlekkencyclus, die in het begin van de jaren 1860 voor het eerst werd opgemerkt door de Duitse astronoom Gustav Spörer en de Engelsman Richard Christopher Carrington, wordt vaak de Wet van Spörer genoemd. In 1904 construeerde een andere Engelse astronoom, Edward Walter Maunder, het eerste “vlinderdiagram”, een grafische plot van deze zonnevlekkenmigratietrend.
11-jarige cyclus – meestal!
De duur van de zonnevlekkencyclus is gemiddeld zo’n elf jaar. De lengte van de cyclus varieert echter. Tussen 1700 en nu varieert de zonnevlekkencyclus (van het ene zonneminuut tot het volgende) in lengte van negen jaar tot veertien jaar. Van de 26 zonnevlekkencycli in die drie eeuwen waren er 21 tussen de tien en twaalf jaar.
Het is niet zo eenvoudig als het lijkt om het aantal zonnevlekken precies te tellen. Sommige vlekken zijn veel groter dan andere, sommige zonnevlekken lopen aan de randen gedeeltelijk in elkaar over, en veel vlekken komen in groepen voor. In 1848 bedacht de Zwitserse astronoom Rudolf Wolf een algoritme om de zonnevlekken op consistente wijze te tellen, zodat de gegevens van verschillende waarnemers door de eeuwen heen met elkaar vergeleken kunnen worden. Het aantal zonnevlekken volgens de formule van Wolf, dat nu bekend staat als het Wolf zonnevlekkengetal, wordt vandaag de dag nog steeds gebruikt. Wolf gebruikte gegevens van eerdere astronomen om zonnevlekken aantallen te reconstrueren tot aan de 1755-1766 cyclus, die hij “cyclus 1” noemde. Sindsdien zijn de volgende cycli opeenvolgend genummerd, zodat de cyclus die begon met het zonneminimum van 2008 cyclus 24 is.
Zonnevlekken markeren magnetische verstoringen
Deze grafiek toont het aantal getelde zonnevlekken per jaar gedurende enkele decennia. Merk op hoe het aantal zonnevlekken stijgt en daalt in een cyclus van 11 jaar.
Credit: UCAR SciEd (Randy Russell) met gebruikmaking van gegevens van NOAA’s NGDC
De zon is meestal erg actief als het aantal zonnevlekken hoog is. Zonnevlekken zijn indicatoren van verstoringen in het magnetische veld van de zon, die kunnen leiden tot energetische zonnegebeurtenissen zoals zonnevlammen en coronale massa-ejecties. Aangezien redelijk betrouwbare gegevens over het aantal zonnevlekken teruggaan tot het begin van de jaren 1700, lang voordat andere metingen van de zonneactiviteit konden worden verricht, is het aantal zonnevlekken een waardevolle indicator van de zonneactiviteit op relatief lange termijn. De zon zendt aanzienlijk meer straling dan normaal uit in het röntgen- en ultraviolette deel van het elektromagnetische spectrum tijdens zonne-maximum, en deze extra energie verandert de bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde aanzienlijk.
De 11-jarige zonnevlekkencyclus is in feite de helft van een langere, 22-jarige cyclus van zonneactiviteit. Telkens wanneer het aantal zonnevlekken stijgt en daalt, keert het magnetische veld van de zon dat met de zonnevlekken samenhangt, om; de oriëntatie van de magnetische velden op het noordelijk en zuidelijk halfrond van de zon wisselt. Wat de magnetische velden betreft, is de zonnecyclus dus pas voltooid (met de velden terug zoals ze waren aan het begin van de cyclus) na twee zonnevlekkencycli van 11 jaar. Deze zonnecyclus duurt gemiddeld ongeveer 22 jaar – tweemaal de duur van de zonnevlekkencyclus.
Sommige wetenschappers menen dat er bewijs is voor andere, langer durende variaties in de zonnevlekken- en zonnecycli. Andere wetenschappers staan sceptisch tegenover dergelijke beweringen. De meeste wetenschappers denken dat we meer gegevens over langere perioden nodig hebben om deze kwestie definitief op te lossen. Naast deze regelmatige cycli heeft de zon ook perioden gekend met een zeer ongewoon aantal zonnevlekken. Met name van ongeveer 1645 tot 1715 waren er zeer weinig zonnevlekken – in sommige jaren werden er zelfs helemaal geen waargenomen! Deze periode, die nu het Maunder Minimum wordt genoemd (naar E.W. Maunder, die belangrijk pionierswerk in verband met dit verschijnsel heeft verricht), viel samen met een extreem koude periode in Europa, die bekend staat als de Kleine IJstijd.