Want geloof het of niet, maar die hebben we dus nog nooit van dichtbij bekeken.

Maar daar gaat spoedig verandering in komen. Komende week lanceren de Amerikaanse en de Europese ruimtevaartorganisaties namelijk een nieuwe missie die naar de zon voert: Solar Orbiter. En deze moet straks de eerste foto’s van de noord- en zuidpool van onze zon gaan maken.

Onontgonnen terrein
Het is natuurlijk niet de eerste missie die naar de zon voert. Maar waar vrijwel alle eerdere sondes de zon zo ongeveer ter hoogte van de evenaar observeerden, zal de Solar Orbiter zich in een bijzondere baan om onze ster nestelen. Die baan staat ietwat schuin op de evenaar van de zon. “Nu kunnen we de zon van bovenaf bekijken,” legt onderzoeker Russell Howard (NASA) uit. En dat is iets wat we dus nog nooit hebben gedaan. “Het is onontgonnen terrein,” aldus onderzoeker Daniel Müller (ESA). “Dit is echt verkennend onderzoek.”


Prangende vragen
De verwachtingen omtrent de Solar Orbiter zijn hooggespannen. “Solar Orbiter moet enkele van de grootste wetenschappelijke vragen omtrent onze ster beantwoorden,” aldus onderzoeker Günther Hasinger, verbonden aan ESA. Zo hopen onderzoekers dankzij de missie bijvoorbeeld meer inzicht te krijgen in de zonnewind: een constante stroom geladen deeltjes die de interactie aangaat met magnetische velden, atmosferen en soms zelfs de oppervlakken van planeten in ons zonnestelsel. Op aarde kan de interactie tussen de zonnewind en het aardmagnetisch veld bijvoorbeeld resulteren in het bekende noorderlicht, maar in uitzonderlijke gevallen, als er sprake is van een massale uitbarsting van zonnewind, ook in grootscheepse verstoringen van het aardmagnetisch veld, die op hun beurt onze GPS-systemen en communicatiesatellieten weer verstoren en zelfs een bedreiging kunnen vormen voor astronauten.

“Om het ruimteweer te kunnen voorspellen, hebben we een vrij accuraat model van het hele magnetische veld van de zon nodig”

Met dat alles in het achterhoofd zijn onderzoekers graag in staat om dergelijke uitbarstingen van geladen deeltjes – die zich via het immense magnetische veld van de zon, dat zich uitstrekt tot voorbij Pluto – door het zonnestelsel verplaatsen, te voorspellen. Maar dat is nog niet zo gemakkelijk gebleken. “Om het ruimteweer te kunnen voorspellen, hebben we een vrij accuraat model van het hele magnetische veld van de zon nodig,” aldus onderzoeker Holly Gilbert. Eerder is tijdens missies die de zon ter hoogte van de evenaar bestudeerden wel geprobeerd om omhoog en omlaag te kijken en zo bijna het complete magnetisch veld van de zon in kaart te brengen. Maar dat werkt niet zo goed; het magnetische veld laat zich namelijk het best in kaart brengen als je er in een rechte lijn naar kijkt. Hoe steiler de kijkhoek, hoe meer ruis er in de verzamelde data zit en vandaar dat pogingen om vanuit een baan rondom de evenaar het magnetisch veld op de polen te bekijken, nogal wat gaten in de data laat. Die gaten kunnen hopelijk worden opgevuld als de Solar Orbiter over die polen vliegt.


De zonnecyclus
Een ander vraagstuk waar Solar Orbiter hopelijk meer inzicht in kan geven, is de zonnecyclus. Inmiddels weten we al jaren dat het aantal zonnevlekken – donkere vlekken op het oppervlak van de zon die getuigen van krachtige magnetische velden aldaar – met regelmaat af- en toeneemt. Het is een grofweg 11 jaar durende cyclus die gekenmerkt wordt door een zogenoemd zonnemaximum – waarin het aantal zonnevlekken en dus ook de zonne-activiteit piekt – en een zonneminimum – waarin het aantal zonnevlekken een dieptepunt bereikt en de zon relatief kalm is. “Wat we niet begrijpen, is waarom de cyclus 11 jaar duurt en waarom sommige zonnemaxima krachtiger zijn dan andere,” vertelt Gilbert. Gehoopt wordt dat het observeren van de veranderende magnetische velden op de polen van onze moederster daar meer inzicht in kan geven.

De instrumenten
Om deze en andere prangende vragen te kunnen beantwoorden, is de Solar Orbiter uitgerust met 10 verschillende instrumenten. Sommige daarvan stellen de sonde in staat om de directe omgeving te bestuderen. Een mooi voorbeeld is de magnetometer, waarmee de sonde de kracht van het magnetisch veld van de zon op zijn locatie heel nauwkeurig kan meten. En de SWPA (Solar Wind Plasma Analyser), waarmee de sonde de dichtheid, snelheid en temperatuur van deeltjes die de zonnewind uitmaken, kan vaststellen. Andere instrumenten zijn speciaal ontworpen om de zon van een afstand te bestuderen. Denk bijvoorbeeld aan de camera waarmee de eerste foto’s van de polen zullen worden gemaakt.

De Solar Orbiter in het laboratorium. In de ruimte zullen er nog twee met zonnepanelen bedekte armen worden uitgeklapt. Net als enkele antennes. Zo krijgt de orbiter een spanwijdte van ongeveer 18 meter. Op deze foto zijn bovenop de orbiter ook enkele afgedekte gaatjes te zien; dit zijn kijkgaatjes voor instrumenten aan boord van de orbiter. Afbeelding: ESA / S. Corvaja.

Hitte
Tijdens de missie zal de Solar Orbiter de zon tot een afstand van zo’n 41,8 miljoen kilometer naderen. Dat lijkt misschien nog een behoorlijke afstand, maar schijn bedriegt. “Je kunt eigenlijk niet veel dichterbij komen dan de Solar Orbiter doet en nog steeds in staat zijn om naar de zon te kijken,” benadrukt Müller. En ook op 41,8 miljoen kilometer afstand van de zon krijgt de Solar Orbiter het al zwaar te verduren. Zo krijgt deze temperaturen van meer dan 500 graden Celsius voor de kiezen. Om die hitte te doorstaan, is de Solar Orbiter voorzien van een speciaal ontworpen hitteschild. In dat hitteschild zijn kleine gaatjes gemaakt, waardoor de instrumenten hun werk kunnen doen, maar toch beschermd zijn tegen de warmte.

Parker Solar Probe
De Solar Orbiter-missie kan gezien worden als het verlengstuk van een andere baanbrekende zonnemissie die vorig jaar van start ging en waarin de Parker Solar Probe een hoofdrol speelt. Deze sonde bestudeert onze zon momenteel van wel heel dichtbij en zal deze uiteindelijk zelfs tot een afstand van iets meer dan 6 miljoen kilometer(!) naderen. De metingen die de Parker Solar Probe van heel dichtbij doet, kunnen dankzij Solar Orbiter – die het geheel van een wat grotere afstand aanschouwt – hopelijk in een breder perspectief worden geplaatst.

Nadat er jaren hard aan de Solar Orbiter is gewerkt, is deze nu dus klaar voor lancering. Op 8 februari moet de orbiter het luchtruim kiezen. In eerste instantie zal deze zich ter hoogte van de evenaar van de zon in een baan rond de zon nestelen. Dankzij scheervluchten langs de aarde en Venus komt de baan van de orbiter gaandeweg echter steeds schuiner op dat oorspronkelijke omloopvlak te staan en krijgt deze de polen van de zon dus steeds beter in beeld. En tegen het einde van de missie – die sowieso 7 jaar duurt, maar nog eens met 3 jaar verlengd kan worden – hebben we zowel letterlijk als figuurlijk hopelijk een veel completer beeld van onze moederster en de impact die deze op onze eigen planeet heeft.