Wat is een protonenstorm?

Een protonenstorm kan plaatsvinden bij zware uitbarstingen op de Zon waarbij protonen met enorm hoge snelheden (tot enkele 10.000 km/s) gelanceerd worden. Een protonenstorm kan de Aarde al na enkele tientallen minuten bereiken en dagenlang aanhouden. In dit artikel leggen we uit wat dit is en welke effecten dit veroorzaakt op de Aarde.

S-schaal

NOAA gebruikt een vijf-niveau's systeem genaamd de S-schaal, om een gemakkelijke indicatie te geven van hoe ernstig een protonstorm is. Deze schaal gaat van S1 tot S5, waar S1 het laagste niveau is en S5 het hoogste. Ieder S-niveau heeft een bepaalde pfu (proton flux unit) waarde als drempel. Bijvoorbeeld: een S1 protonenstorm wordt bereikt wanneer de proton flux een waarde van 10 bereikt. Noteer dat deze schaal logaritmisch is. Dit betekent dat een matige (S2) protonenstorm plaatsvindt wanneer de proton flux 100 pfu bereikt, niet 20 dus! Voor een sterke (S3) protonenstorm is een waarde van 1000 pfu nodig. Deze S-schaal wordt vaak gebruikt op deze website dus het is wijs om deze schaal te onthouden. We kunnen de volgende stormniveaus onderscheiden:

Gevaren

Protonenstormen zijn niet gevaarlijk voor mensen op de Aarde. Het aardmagnetisch veld en de atmosfeer van de Aarde beschermen ons tegen deze deeltjes. De enige effecten die we op Aarde ondervinden van deze protonenstormen zijn dat mensen op vluchten die over de poolgebieden gaan blootgesteld worden aan een hogere dosis straling dan normaal. Het kan gebeuren dat omwille van een protonenstorm, vluchten die normaal over de polen vliegen worden omgeleid of geannuleerd. Nog een effect die protonenstormen op de Aarde hebben, is dat radioverkeer in de poolgebieden bemoeilijkt wordt tijdens een protonenstorm. In de ruimte zijn de problemen iets groter: deze protonen vormen een gevaar voor de gezondheid van astronauten en dan vooral tijdens ruimtewandelingen. Als laatste vormen protonenstormen een gevaar voor satellieten. De protonen hebben een negatieve invloed op het rendement van zonnepanelen, elektronica in satellieten kunnen fouten vertonen en ook zal er ruis kunnen optreden in sommige satellietbeelden.

In de poolgebieden zal hoogfrequent (HF) radioverkeer lastig of misschien zelfs onmogelijk worden tijdens een protonenstorm. De protonen penetreren de magnetosfeer rond onze planeet en volgen de magnetische veldlijnen richting de noord- en zuidpool van de Aarde. De protonen ioniseren de D-laag van de ionosfeer en dit zorgt ervoor dat de hoogfrequentie radiogolven niet meer de veel hogere E, F1 en F2 lagen kunnen bereiken waar deze signalen normaal afgebogen worden terug naar het aardoppervlak. Het resultaat is een HF communicatie blackout over transpolaire routes, wat bekend staat als Polar Cap Absorption Event, wat vele dagen kan duren. We kunnen de S-schaal gebruiken om in te schatten hoe ernstig een Polar Cap Absorption (PCA) is.

De onderstaande afbeelding laat goed zien wat er met satellieten gebeurt tijdens een protonenstorm. Van links naar rechts zien we afbeeldingen van twee verschillende SOHO instrumenten. Aan de linkerkant zien we hoe de beelden er normaal uit zien waneer er geen protonenstorm is. Aan de rechterkant zie je hoe de satellietbeelden eruit zien tijdens een zeer sterke S4 protonenstorm. Er zijn zoveel protonen die op de sensor van de camera crashen dat er erg veel ruis op de beelden te zien is. De afbeeldingen zijn bijna onbruikbaar.

Animated GIF (900kB)

Problemen met de Advanced Composition Explorer (ACE) tijdens protonenstormen

Tijdens een protonenstorm kan het gebeuren dat sommige data afkomstig van de Advanced Composition Explorer (ACE) satelliet verstoord raken waardoor er foutieve waarden worden gemeten. Dit is het best te zien bij de zonnewindparameters waarbij de zonnewindsnelheid lager ligt dan de werkelijke snelheid, en de dichtheid lager is dan 1 proton per kubieke centimeter. De data die betrekking hebben op het interplanetair magnetisch veld (IMF) blijven tijdens een protonenstorm wel betrouwbaar. Deze storingen zijn merkbaar zodra de protonenstorm de S2 klasse (matige protonenstorm) bereikt en kunnen vaak duren tot na de aankomst van een schokfront, waardoor het detecteren van de impact op aarde een stuk moeilijker wordt. De DSCOVR satelliet, die in 2016 ACE heeft vervangen als de primaire real-time ruimteweer data satelliet, heeft dit probleem niet.

<< Keer terug naar vorige pagina