Profielwerkstuk “ Poollicht”
Profielwerkstuk “ Poollicht”
Profielwerkstuk “ Poollicht”
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
P W S <strong>Profielwerkstuk</strong><br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
<strong>“</strong> <strong>Poollicht”</strong><br />
1<br />
Leon Weggelaar<br />
Daniëlle Roodenburg<br />
Franka Ruitenberg<br />
Havo 5<br />
Begeleider: Dhr. Veenstra
Voorwoord<br />
Om Havo 5 succesvol af te sluiten moet er een profielwerkstuk ingeleverd worden.<br />
Dit profielwerkstuk is gemaakt door:<br />
- Leon Weggelaar<br />
- Daniëlle Roodenburg<br />
- Franka Ruitenberg<br />
Er is voor dit onderwerp gekozen omdat er veelzijdig onderzoek naar gedaan kan worden. Veel<br />
mensen vinden poollicht bijzonder en wij wilden dit veerschijnsel graag verklaren.<br />
Het bleek dat de meerderheid van de bevolking geen idee heeft hoe het ontstaat. Dit was een extra<br />
motivatie om het eens tot op de bodem uit te zoeken.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> <strong>“</strong><strong>Poollicht”</strong><br />
HAVO 5 – H5D<br />
07-09-07 / 30-11-07<br />
Gelieve niet in dit verslag te schrijven.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
2
Inleiding<br />
Poollicht is een verschijnsel in de lucht waarbij<br />
verschillende kleuren en vormen zichtbaar zijn.<br />
Dit verschijnsel is niet continu zichtbaar.<br />
Achter dit poollicht verschuilen zich essentiële<br />
bestanddelen die nodig zijn voor het ontstaan.<br />
Hier komen verschillende natuurkundige<br />
theorieën aan te pas waarvan niemand<br />
eigenlijk exact weet of ze wel juist zijn. Door<br />
veel onderzoek zijn er in de afgelopen eeuwen<br />
theorieën bedacht, die met kennis die we nu<br />
hebben nog steeds blijken te kloppen.<br />
Afb 0.2<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Wat is poollicht?<br />
3<br />
Afb. 0.1<br />
Belangrijke natuurkundigen hebben formules<br />
opgesteld waarmee theorieën te verklaren<br />
zijn.<br />
Deze theorieën hebben wij geprobeerd te<br />
onderzoeken en te bevestigen.
Inhoudsopgave<br />
0.0 Inleiding Pagina 1<br />
0.1 Voorwoord Pagina 2<br />
0.2 Inleiding Pagina 3<br />
0.3 Inhoudsopgave Pagina 4<br />
1.0 Definitie van Poollicht Pagina 6<br />
1.1 Inleiding Pagina 7<br />
1.2 Historie Pagina 8<br />
1.3 Poollicht in deze tijd Pagina 13<br />
1.4 Conclusie Pagina 14<br />
2.0 Poollicht Inhoudelijk Pagina 15<br />
2.1 Inleiding Pagina 16<br />
2.2 Aardmagnetisch veld Pagina 17<br />
2.3 De atmosfeer Pagina 19<br />
2.4 Conclusie Pagina 20<br />
3.0 Zonnewind Pagina 21<br />
3.1 Inleiding Pagina 22<br />
3.2 De Zon Pagina 23<br />
3.3 Zonnewind Pagina 24<br />
3.4 Een zonnewind komt aan bij de aarde Pagina 26<br />
3.5 Conclusie Pagina 27<br />
4.0 Verschillende kleuren Pagina 28<br />
4.1 Inleiding Pagina 29<br />
4.2 Spectrum Pagina 30<br />
4.3 Kwantummechanica Pagina 32<br />
4.4 Van energie naar licht Pagina 33<br />
4.5 Invloed van de luchtdruk Pagina 35<br />
4.6 Conclusie Pagina 36<br />
5.0 Poollicht op andere hemellichamen Pagina 37<br />
5.1 Inleiding Pagina 38<br />
5.2 Jupiter Pagina 39<br />
5.3 Saturnus Pagina 41<br />
5.4 Mars Pagina 42<br />
5.5 Planeten zonder poollicht Pagina 43<br />
5.6 Conclusie Pagina 44<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
4
6.0 Onderzoeken naar poollicht Pagina 45<br />
6.1 Inleiding Pagina 46<br />
6.2 Vroegere onderzoeken Pagina 47<br />
6.3 Huidige onderzoeken Pagina 50<br />
6.3.1 Onderzoeken naar de zon Pagina 50<br />
6.3.2 Poollicht op andere planeten Pagina 53<br />
6.3.3 Opwekken van poollicht Pagina 54<br />
6.4 Waarnemingen Pagina 55<br />
6.5 Conclusie Pagina 57<br />
7.0 Experiment Licht Pagina 58<br />
7.1 Onderzoeksvraag Pagina 59<br />
7.2 Hypothese Pagina 59<br />
7.3 Uitvoering Pagina 60<br />
7.4 Opstelling Pagina 61<br />
7.5 Experiment Pagina 62<br />
7.6 Resultaten Pagina 62<br />
7.7 Conclusie Pagina 63<br />
8.0 Afsluiting Pagina 64<br />
8.1 Conclusie Pagina 64<br />
8.2 Begrippelijst Pagina 65<br />
8.3 Bronnen Pagina 66<br />
8.4 Interview Pagina 67<br />
8.4.1 Vragen Pagina 68<br />
8.5 Problemen Pagina 71<br />
8.6 Dankwoord Pagina 71<br />
8.7 Logboek Pagina 72<br />
8.8 Werkverdeling Pagina 75<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
5
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
6<br />
Definitie van Poollicht
1.0 Wat is de definitie van poollicht?<br />
1.1 Inleiding<br />
Bijna iedereen weet wel wat een aurora is. Alleen noemen de meeste mensen het anders.<br />
Aurora is de wetenschappelijke naam voor het verschijnsel dat wij in Nederland het<br />
noorderlicht of poollicht noemen. In ieder land heeft men een eigen naam in de eigen taal<br />
voor dit natuurverschijnsel.<br />
Maar wat is een aurora nou eigenlijk?<br />
Er zijn veel verschillende meningen van mensen over aurora’s. Sommige volken denken er<br />
heel anders over dan wij, en er is ook een vrij groot verschil tussen hoe men er vroeger over<br />
dacht en nu.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
7<br />
Afb. 1.1
1.2 Historie<br />
Mensen waren vroeger bang voor de<br />
poollichten. In de middeleeuwen zagen de<br />
mensen het poollicht als een voorbode<br />
van het kwaad. Ze zagen een rode gloed,<br />
hoorden een zacht geruis en dachten dat<br />
het de geesten van overleden strijders<br />
waren. Of ze zagen het als een voorteken<br />
van God dat ze deze strijd zouden gaan<br />
verliezen of zelfs helemaal niet zouden<br />
moeten voeren. Men dacht dat God het<br />
poollicht aan hen toonde om Zijn<br />
oneindige macht te laten zien. Om de<br />
mensen te laten weten dat Hij er was, dat<br />
Hij bestond. Geestelijken vertelden de<br />
mensen dat het poollicht een teken was<br />
dat het geduld van God bijna op was, dat<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
8<br />
Hij zich klaar maakte voor de strijd. En<br />
mensen Hem alleen konden stoppen door<br />
weer naar de kerk te gaan, naar de<br />
geestelijken te luisteren en hun giften<br />
voor de kerk te verdubbelen. Men zou<br />
kunnen zeggen dat de geestelijken gebruik<br />
maakten van het ongeloof van mensen.<br />
Maar waarom was men er zo bang voor?<br />
De mensheid wist er niets van af. Men had<br />
in die tijd het heelal nog niet bereikt en<br />
wist nog vrij weinig over de aarde,<br />
magnetische velden, de zon, etc. Voor hen<br />
was het gewoon een kleurige gloed in de<br />
lucht. Er was geen verklaring voor.<br />
Afb 1.2
HET NOORDERLICHT<br />
Het Noorderlicht veeurspelt neet völle goods. ie zeet het vake, as dat kriegsvolk zoo<br />
trekt. In 1870 met de Fransch-Duutschen oorlog was 't ok op een aovend zoo rood in<br />
't westen en later zag ie 't in 't noorden.<br />
Da's blood, zeien de luu. Daor vecht de dooje soldaoten in de loch." In 1811 scheen<br />
het Noorderlicht ook zoo rood. "Grootvader had 'n bröer, dèn mos met Napoleon<br />
wied vot, nao Rusland. En toe' schèn dat Noorderlech ok zoo rood en de olde<br />
menschen praotten ok van blood en dèn armen jongen maken zik zoo bange. Hee is<br />
vot egaon en nooit weer 'ekommen.<br />
Hieronder een zo accuraat mogelijke vertaling in modern Nederlands.<br />
<strong>“</strong>Het noorderlicht voorspelt niet veel goeds. Ik zie het vaker als het krijgsvolk erop uit trekt. In<br />
1870 tijdens de Frans-Duitse oorlog was het op een avond ook zo rood in het westen en<br />
daarna was het te zien in het noorden.<br />
Dat is bloed, zeiden de mensen. Daar vechten de dode<br />
soldaten”. In 1811 scheen het Noorderlicht ook zo rood.<br />
<strong>“</strong>Grootvader had een broer, die moest met Napoleon mee<br />
naar Rusland. En toen scheen het Noorderlicht ook zo rood<br />
en de oude mensen hadden het over het bloed en de<br />
jongeren werden er bang van. Hij is weggegaan en nooit<br />
meer teruggekomen. <strong>“</strong> Afb.1.3<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
9
Zo rond de middeleeuwen was er ook een oud volksverhaal over nachtridders en de wilde<br />
jacht. Aan het hoofd van deze nachtelijke jacht door de lucht stond de god Wodan. Hij was<br />
de leider van een leger van dode ridders, dat tijdens de midwinterstormen door de lucht<br />
raasde. Poollicht werd in die periode dan ook gezien als het leger van de doden die op jacht<br />
waren.<br />
Er zijn nog veel meer oude verhalen, vaak over hetzelfde onderwerp: het poollicht. Het had<br />
vaak te maken met de doden of er was een voorteken van iets slechts dat hun kant op<br />
kwam. Het verschijnsel poollicht kan men dan ook in veel oude sages, legenden en mythen<br />
tegenkomen.<br />
Maar er zijn ook andere volken die weer andere verhalen vertellen.<br />
Zo dachten sommige Eskimostammen dat het poollicht de zielen van ongeboren kinderen bij<br />
zich droeg. De kinderen verbleven in het poollicht tot zij een lichaam hadden gevonden.<br />
Andere Eskimostammen dachten dat het poollicht de geesten van overleden mensen en<br />
dieren bij zich droeg. En zo ook de goden. Ze zagen het poollicht soms zelfs als dansende<br />
zielen van hun favoriete dieren.<br />
De Iroquouis-stam dacht dat het poollicht een teken was voor het einde van je leven. De weg<br />
naar de hel werd beschreven als een trillende weg, naar het noorden door een vlammende<br />
draaikolk. Iets dergelijks zie je ook terug bij de interpretaties van de Eskimo’s; de Inuït en de<br />
Samis. De volken waren ervan overtuigd dat de poollichten de zielen waren van mensen die<br />
dood zijn gegaan door groot bloedverlies, of dit nou door zelfmoord, moord of bij de<br />
geboorte al gebeurde.<br />
Walt-Disney maakte gebruik van de verklaring<br />
van de Eskimo’s in de film Brother Bear (afbeelding<br />
1.4). In deze film zie je hoe een Eskimojongen door<br />
de goden tijdens het poollicht in een beer<br />
veranderd wordt om te zorgen voor een jong<br />
beertje wiens moeder hij heeft gedood.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
10<br />
Afb. 1.4
Scandinaviërs hadden een<br />
ander idee over de<br />
poollichten. Het poollicht<br />
zou symbool staan voor<br />
de vrouwen die leefden<br />
op een berg genaamd<br />
Konnunso. Als de<br />
vrouwen dansten<br />
reflecteerde het licht van<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
hun vuren en kleren op<br />
de aarde. Dat zou<br />
poollicht doen ontstaan.<br />
In Zweden vond men de<br />
kleuren van het poollicht<br />
en de manier waarop het<br />
bewoog veel weg hebben<br />
van de volksdansen. In<br />
Zweden gebruikt men<br />
11<br />
nog steeds een<br />
eeuwenoud gezegde <strong>“</strong>Als<br />
het poollicht brandt, zal<br />
het zaad groeien”. Ze<br />
gebruiken het poollicht<br />
ook om ‘s nachts grote<br />
scholen vissen op te<br />
sporen.<br />
Afb. 1.6<br />
Afb. 1.5
De Vikingen hadden weer een andere opvattingen over het poollicht. Zij zagen het als iets<br />
wat hen de goede kant op leidde. Zij zagen het als een teken van voorspoed en geluk.<br />
Vikingen zagen het poollicht hoogstwaarschijnlijk niet als een gevaar omdat ze het vaker<br />
zagen dan de mensen die in die tijd in het westen en zuiden van Europa leefden. Het<br />
poollicht komt in het noorden veel meer voor dan in Nederland. Ze zagen het daarom als iets<br />
goeds dat hen beschermde, het was voor hen vrij normaal.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
12<br />
Afb. 1.7<br />
Voor de Sioux –indianen in Amerika betekende het poollicht dat er een ritueel uitgevoerd<br />
moest worden. Als ze het ritueel uitvoerden zouden de geesten gaan dansen en vervolgens<br />
‘s ochtends de zon weer op laten gaan.<br />
Er werden vroeger ook veel voorspellingen gedaan die met het poollicht te maken hadden of<br />
door poollicht werden bepaald.<br />
Op 3 oktober 1917, zou een mysterieuze vrouw zijn verschenen aan drie kinderen. Ze had<br />
een boodschap voor hen: als de hemel gekleurd wordt door een onbekend licht zal er oorlog<br />
uitbreken. En, zo als voorspeld, werd de lucht van Westelijk Europa op 25 januari 1939<br />
gekleurd door een raar vuur. Dit werd gezien als een voorteken voor de Tweede<br />
Wereldoorlog.<br />
Vier jaar later zag men een dergelijk licht boven Ohio, Amerika. Een paar dagen later vond de<br />
aanval op Pearl Harbor plaats.<br />
Opvallend is dat er van stammen uit Afrika en Azië eigenlijk geen verhalen over poollichten<br />
bestaan. Waarom niet? Daar is een eenvoudige verklaring voor. In Azië en Afrika komt<br />
nagenoeg geen poollicht 13 voor.
1.3 Poollicht in deze tijd<br />
De mens weet tegenwoordig erg veel over de poollichten. Dit komt omdat we<br />
tegenwoordig steeds meer kunnen onderzoeken.<br />
Toch weet 90% van de bevolking niet precies hoe het ontstaat. Iedereen<br />
snapt dat het een natuurverschijnsel is. Maar omdat de theorie achter<br />
poollichten vrij moeilijk is neemt men vaak niet de moeite om het<br />
verder uit te zoeken en te snappen.<br />
Nu mensen steeds meer onderzoek doen naar het kunnen voorspellen<br />
van poollichten zijn er wel steeds meer mensen die het willen zien.<br />
Veel reisorganisaties bieden daarom vakanties aan naar Scandinavië<br />
waar je volgens hen kans hebt om een poollicht te zien. Afb.1.8<br />
Mensen zijn tegenwoordig niet meer bang voor het poollicht. Men vindt het een mooi<br />
natuurverschijnsel en velen willen het graag een keer met eigen ogen zien.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
13<br />
Afb. 1.9
1.4 Conclusie<br />
Vroeger koppelde de mens verschillende betekenissen aan de kleurige gloed in de lucht.<br />
Men had er niet echt een verklaring voor. Stammen en volken gaven het een bijzondere<br />
betekenis.<br />
Verschillende volken van de middeleeuwen tot aan de 19 de eeuw dachten dat God kwaad<br />
was, en zich wilde laten zien of dat er een strijd op komst was. Ze waren meestal bang voor<br />
de vreemde kleuren die in hun ogen een voorbode was voor het kwaad. Sommige meensen<br />
schreven het toe aan de jacht van de nachtridders of dode soldaten.<br />
In de 20 ste eeuw werd voorspelt dat als er poollicht plaatsvindt er een oorlog zal uitbreken.<br />
De 2 de wereldoorlog en Pearl Harbor maakte deze voospelling kloppend.<br />
De Scandinaviërs, Vikingen en sommige Eskimostammen hadden echter een goede<br />
betekenis gegeven aan het poollicht. Voor de Eskimo’s bestond het poollicht uit dansende<br />
zielen van hun favorieten dieren of de zielen van hun ongeboren kinderen.<br />
De scandinaviërs geloofden in de vrouwen boven op een berg. De reflectie van hun kleren en<br />
vuren zouden de kleuren laten verschijnen.<br />
Vikingen zagen het als iets wat hun beschermde. Het bracht voorspoed en geluk.<br />
Tegenwoordig weet men veel meer over het poollicht. Wetenschappelijk onderzoek heeft de<br />
gedachten van mensen over het poollicht veranderd. Een groot deel van de mensheid weet<br />
niet precies wat het natuurlijke verschijnsel inhoudt maar vind het wel intressant.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
14
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
15<br />
Poollicht Inhoudelijk
2.0 Wat is poollicht?<br />
2.1 Inleiding<br />
Lang werd er naar een verklaring gezocht voor het vreemd natuurkundig fenomeen dat<br />
’s avonds de hemel deed oplichten. Wetenschappers dachten dat er zich iets heel anders<br />
afspeelde dan de invloeden van Goden of zielen. Dit verschijnsel moest volgens hun op een<br />
wetenschappelijke manier te verklaren zijn.<br />
Vanaf de 18 de eeuw<br />
werden er verschillende<br />
theorieën bedacht over<br />
het ontstaan.<br />
In de eerste jaren ging<br />
dit fout door te<br />
kleinschalig onderzoek.<br />
Maar na een paar jaar<br />
kwamen er theorieën die<br />
keer op keer bewezen<br />
konden worden.<br />
Momenteel zijn deze<br />
theorieën hier nog steeds<br />
op gebaseerd, maar het<br />
blijft een gedachte en het<br />
is nog nooit bewezen.<br />
Dus we kunnen er slechts<br />
van uit gaan dat het zo<br />
werkt.<br />
Dus wat is poollicht ?<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
16<br />
Afb. 2.1
2.2 Aardmagnetisch veld<br />
Rondom de aarde loopt een magnetisch<br />
veld. Dit is vermoedelijk ontstaan door de<br />
stroming van magnetische mineralen en<br />
elementen in de aardkern. De aarde is niet<br />
de enige planeet met een magnetisch<br />
veld, dus ook niet de enige planeet met<br />
een vloeibare kern.<br />
Het aardmagnetisch veld beschermt de<br />
aarde tegen onder andere straling van de<br />
zon.<br />
De magnetosfeer 9 is de ruimte om de<br />
aarde heen, waarin het magnetisch veld<br />
invloed heeft.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Afb. 2.2 Magnetische veldlijnen<br />
Een grote fout die vaak gemaakt wordt is<br />
de gedachte dat dit magnetisch veld zijn<br />
oorsprong vindt in de geografische noord<br />
en zuid –pool. Het aardmagnetisch veld<br />
ligt momenteel 11,5° verschoven ten<br />
opzichte van de aardas (afbeelding 2.2).<br />
Een kompas werkt op dit magnetische<br />
veld. Het ‘kompasnoorden’ is dus hierbij<br />
het ‘magnetische noorden’ en niet het<br />
geografische noorden. Exact op de<br />
evenaar, bij het snijpunt van de aardas en<br />
de as van het aardmagnetisch veld, is de<br />
hoek 11,5°. Maar zodra de aardas wordt<br />
17<br />
gevolgd zal het magnetische noorden<br />
steeds verder afwijken. Dit is een<br />
belangrijk gegeven voor de navigatie. Van<br />
nature wijkt de ‘koers’ dus af van de<br />
‘track’. Waarbij koers de richting is naar<br />
het magnetische noorden en track de<br />
richting is ten opzichte van het<br />
aardoppervlak. Afb 2.3<br />
De oorsprong van dit magnetisch veld<br />
staat ook niet stil, iedere dag <strong>“</strong>loopt” het<br />
ongeveer 90 meter naar het westen. Het<br />
gevolg is dat het per jaar verder afwijkt<br />
van het geografische noorden en de<br />
sterkte ten opzichte van een absoluut<br />
punt op aarde ook varieert (afbeelding<br />
2.3).<br />
In de afgelopen paar miljoen jaar zijn de<br />
polen regelmatig gedraaid. Een opvallend<br />
feit is dat deze draaiingen steeds sneller<br />
achter elkaar gebeuren. De omkeringen<br />
worden veroorzaakt door veranderingen<br />
in kernstromingen. Hierbij neemt het<br />
magneetveld eerst in sterkte af om voorbij<br />
de evenaar vervolgens weer in kracht toe<br />
te nemen.
Sinds 1830 worden er systematisch<br />
metingen gedaan van de sterkte van het<br />
aardmagneetveld en sinds dat jaar is de<br />
veldsterkte ongeveer 16% afgenomen. Dit<br />
lijkt er op te wijzen dat de polen aan het<br />
omdraaien zijn.<br />
Het magnetische veld om de aarde<br />
beschermt ons tegen zonnewind 21<br />
(afbeelding 2.4). Dit zijn grote vlagen<br />
geladen deeltjes met veel energie die de<br />
ruimte in geslingerd worden. Deze deeltjes<br />
botsen tegen het magneetveld om de<br />
aarde, oftewel tegen de magnetosfeer.<br />
Hierdoor worden de deeltjes afgebogen<br />
en vliegen om de aarde heen. Maar door<br />
de hoeveelheid energie buigt het<br />
magneetveld zelf ook. Hierdoor ontstaan<br />
openingen in het magneetveld waardoor<br />
geladen deeltjes toch richting de aarde<br />
komen. In de magnetosfeer gaan deze<br />
deeltjes door de als een kurkentrekker<br />
Afb. 2.4 De invloed van de zon op de magnetosfeer.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
18<br />
om de veldlijnen 16 van het magnetisch<br />
veld draaien.<br />
De lorentzkracht is de verklaring van het<br />
draaien. Als een geladen deeltje wordt<br />
ingevangen door de magnetosfeer<br />
beweegt het in de richting van de veldlijn<br />
met een bepaalde snelheid naar één van<br />
de polen toe. Door de lorentzkracht<br />
ontstaat er een cirkelbeweging. Er is een<br />
kracht die loodrecht op de veldlijn staat.<br />
Deze kracht zorgt ervoor dat het geladen<br />
deeltje een draaiende vooruitgaande,<br />
beweging maakt (afbeelding 2.5).<br />
De veldlijnen komen bij de polen samen.<br />
Hier komen de geladen deeltjes ook<br />
samen waardoor er een grote<br />
concentratie deeltjes op hetzelfde punt<br />
terecht komt. De magnetische kracht en<br />
lorentzkracht is hier groter. De geladen<br />
deeltjes gaan hier dan ook een stuk<br />
sneller.<br />
FL = B.q.v<br />
Afb 2.5 Afb 2.6 Lorentzformule
2.3 De atmosfeer<br />
De atmosfeer 1 is per definitie een laag met gassen die een hemellichaam omringen. Bij de<br />
aarde is dit ook het geval. Vaak wordt het dan de dampkring genoemd. Deze gassen blijven<br />
om de aarde heen hangen door de zwaartekracht die er op uitgeoefend wordt. In<br />
vergelijking met de straal van de aarde is de atmosfeer maar een erg dunne laag. Dit is ook<br />
waarom het broeikas effect zo’n groot probleem is. De atmosfeer raakt snel verzadigd.<br />
Het weer speelt zich af in de laag die het dichtst bij de aarde ligt, de troposfeer(afbeelding<br />
2.8). Deze luchtlaag is ongeveer 13 km hoog en is de warmste en vochtigste laag van de<br />
dampkring. Poollicht wordt op een hoogte van tussen de 80 en 1000 km uitgestraald. Daar is<br />
de lucht vrij ijl. Er bevinden zich dan minder moleculen in de<br />
atmosfeer.<br />
Element stof Percentage van het totaal<br />
N2 (stikstof) 78,084 %<br />
O2 (zuurstof) 20,946 %<br />
Ar (Argon) 0.934 %<br />
H2O (waterdamp) (wisselende hoeveelheden)<br />
CO2 (kooldioxide) 0.032 %<br />
sporengassen:<br />
Ne (Neon) 0,001818 %<br />
CH4 (methaan) 0,0002 %<br />
He (helium) 0,000524 %<br />
Kr (krypton) 0,000114 %<br />
H2 (waterstof) 0,00005 %<br />
Xe (xenon) 0,000009 %<br />
N2O (Dikstikstofoxide) 0,00005 %<br />
Overige 0,00124 %<br />
Tabel 2.7 Atmosfeer van de aarde op zeeniveau.<br />
Het meest voorkomende element in de atmosfeer is stikstof<br />
(afbeelding 2.7). Op grotere hoogte is het percentage zuurstof<br />
lager, dit komt omdat zuurstof een vrij zwaar gas is.<br />
Op 40.000 tot 60.000 kilometer hoogte bevind zich veel O3,ozon.<br />
Dit gas beschermt de aarde tegen teveel ultraviolette straling van de zon. Afb. 2.8<br />
Deze laag wordt aangetast door zware chemicaliën en andere gassen.<br />
Nog hoger is er stikstof en dan verdwijnt de laag langzaam in het luchtledige.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
19
2.4 Conclusie<br />
De magnetosfeer beschermt ons tegen zonnewind en zorgt ervoor dat de energie, afkomstig<br />
van de zon, wordt afgebogen. Bij het afbuigen vervormd de magnetosfeer. De geladen<br />
deeltjes van de zon krijgen toegang om in de magnetosfeer te komen.<br />
Hier geeft de Lorentzkracht een bepaalde snelheid en draaiing aan het geladen deeltje. Het<br />
wordt door de magnetische veldlijnen mee naar de polen geleid.<br />
Bij de polen keren de magnetische veldlijnen zich in de aarde en komt het geladen deeltje in<br />
contact met de atmosfeer. Dit is een dunne laag met gassen die door de aantrekkingskracht<br />
om de aarde heen hangt. In de atmosfeer botsen de deeltjes met de atomen die daar<br />
aanwezig zijn.<br />
Poollicht is het licht wat ontstaat door de invloed van de energie afkomstig van de zon op de<br />
magnetosfeer van de aarde.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
20
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
21<br />
ZONNEWIND
3.0 Wat is de relatie tussen het poollicht en de zon?<br />
3.1 Inleiding<br />
De zon is veruit het belangrijkste hemellichaam in ons zonnestelsel 18 . Ze is niet alleen het grootst<br />
maar ook het zwaarst. Ze bevat namelijk 99.9 % van alle massa van het zonnestelsel.<br />
De zon is een actieve ster waar de planeten in een baan omheen draaien. Door de activiteit van de<br />
zon worden de omringende planeten sterk beïnvloed.<br />
Vanaf het jaar 1826 werd er al onderzocht wat de zon precies is en betekend voor onze aarde.<br />
Zo is een essentiële voorwaarde voor het vormen van aards poollicht de energie die wij ontvangen<br />
van de zon. Onze aarde straalt zelf minder energie uit dan dat zij van de zon ontvangt. Wij gebruiken<br />
de invloeden van de zon op de aarde voor licht en warmte.<br />
Maar waar komt deze energie eigenlijk vandaan?<br />
En welke invloed heeft deze energie op de aarde?<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
22<br />
Afb. 3.1
3.2 De zon<br />
De zon heeft een cyclus 17 van elf jaar. Daarnaast zijn er perioden waar de activiteit van de zon erg<br />
groot kan zijn. De zon straalt dan meer energie uit dan normaal.<br />
Deze energie komt voort uit de kernfusie die in de zon plaats vindt. Er vindt een kernreactie plaats<br />
tussen vier waterstofatomen (protonen) die één heliumkern vormen (afbeelding 3.2).<br />
Vier kernen smelten samen tot een heliumkern waarbij kernenergie 6 vrij komt.<br />
De temperatuur in de zon is, met een minimum van 15 miljoen graden, zo hoog dat de atomen<br />
razendsnel bewegen. In combinatie met een druk van 250 miljard atmosfeer zorgt dit ervoor dat de<br />
atomen snel met elkaar in aanraking komen.<br />
Deze reacties gebeuren tegelijk en achter elkaar door. In totaal komt bij deze reactie een gemiddelde<br />
energie van 3,86 e 33 ergs/sec (3,86 miljard Petawatt ( 1,0 x 10 15 )) 11,12 vrij.<br />
Deze energie bestaat uit fotonen en neutrino’s 10 . Neutrino’s vliegen, omdat zij geen effect en een<br />
lichtsnelheid hebben, na een korte tijd al door de ruimte. Fotonen zorgen voor de temperatuur en<br />
het licht wat men op aarde kan waarnemen en gebruiken. Verder kunnen zij ook zorgen voor<br />
zonnewind.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Afb. 3.2 De vormning van verschillende moleculen door kernreaties.<br />
23
3.3 Zonnewind<br />
De fotonen banen zich een weg van de kern naar<br />
het oppervlak om zo de zon te kunnen verlaten.<br />
In de convectiezone, de buitenste laag van het<br />
oppervlak van de zon, bevinden zich<br />
convectiestromen bestaande uit geïoniseerde<br />
gassen (geïoniseerde elementen als waterstof<br />
(H), zuurstof (O) en stikstof (N)). De gassen<br />
stromen van de kern richting het oppervlak. Als<br />
de stromen bij het oppervlak aankomen koelen<br />
ze af en keren weer terug richting de kern.<br />
Als de fotonen in aanraking komen met deze<br />
zone, botsen ze tegen geïoniseerde deeltjes en<br />
zoeken een weg richting het heelal.<br />
Door deze botsingen komen de geïoniseerde<br />
deeltjes uit de convectiezone in de atmosfeer en<br />
krijgen hierbij een grote kinetische energie.<br />
Ze krijgen een snelheid van gemiddeld 145km/s<br />
in verschillende richtingen.<br />
De atmosfeer van de zon bestaat uit drie lagen:<br />
de fotosfeer, de chromosfeer en de corona<br />
(afbeelding 3.4). De corona is de buitenste<br />
atmosferische laag. Deze laag kan tot miljoenen<br />
kilometers in het heelal reiken. De corona is niet<br />
gelijkmatig verdeeld en verandert aan de hand<br />
van de fase in de zonnecyclus.<br />
De geïoniseerde deeltjes ontsnappen uiteindelijk<br />
uit de corona aan de aantrekkingskracht van de<br />
zon door het bereiken van een<br />
bewegingssnelheid van 618 km/s. De<br />
magnetosfeer van de zon remt de deeltjes<br />
namelijk af. Bij uitstoot daalt de snelheid dan<br />
ook tot maximaal 400 km/s.<br />
Een verzameling van deze uitgestoten Afb. 3.3 Een zonnevlam<br />
geïoniseerde deeltjes wordt zonnewind genoemd.<br />
Om de aarde te bereiken moeten de deeltjes<br />
een snelheid van minimaal 450 km/s hebben.<br />
Als de gemiddelde snelheid van een<br />
geïoniseerd deeltje 145 km/s is, komen er<br />
maar weinig deeltjes aan bij de aarde en is de<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
24<br />
zonnewind maar zwak. Te zwak om een<br />
zichtbaar poollicht te creëren.<br />
Er is dus een sterker effect nodig om<br />
zonnewind harder te laten aankomen.<br />
Zonnewind moet een hogere snelheid hebben<br />
en meer geïoniseerde deeltjes bevatten.
Op tijdstippen in de zonnecyclus met een verhoogde activiteit kan de corona wegvallen en ontstaan<br />
er coronale gaten in de atmosfeer. Dit zijn gebieden rond de polen van de zon waar de magnetische<br />
veldlijnen van de zon niet terugkeren naar de zon. Door de vrijheid om rechtstreeks het heelal in te<br />
kunnen kan een zonnewind flink versterken en een snelheid bereiken van 700 km/s. Deze snelheid<br />
wordt behouden doordat er geen remmende werking van de magnetosfeer is.<br />
Andere oorzaken voor het versterken van<br />
zonnewind zijn Flares (zonnevlammen 19 ) en<br />
CME’s 2 (plasmawolken).<br />
Flares zijn kernexplosies als gevolg van het<br />
ineens begeven van de magnetosfeer van de<br />
zon door vervormingskrachten op een bepaald<br />
punt (afbeelding 3.3). De energie die<br />
opgeslagen zit in de magnetosfeer komt dan<br />
plotseling vrij. Dit vindt meestal plaats boven<br />
zonnevlekken 20 . Bij zonnevlekken daalt de<br />
temperatuur op een bepaald punt en dat zorgt<br />
voor een verstoring van de magnetosfeer. Aan<br />
de hand van de activiteit van de zon ontstaan<br />
er protuberansen in de chromosfeer. Dit is<br />
een grote streng van plasma-achtige materie<br />
buiten de atmosfeer van de zon.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
25<br />
Hierbij wordt zonnematerie (plasma) met een<br />
snelheid van 400 tot 1000 km/s het heelal<br />
ingeslingerd. Flares hebben drie verschillende<br />
logaritmische sterkten. De C-,M-, en X-Flares.<br />
De X-flares komen qua sterkte het meest in de<br />
buurt van een CME.<br />
CME’s zijn de sterkste plasma-explosies van de<br />
zon. Meestal vormt een CME bellen van<br />
plasma die worden uitgestoten. Soms kan een<br />
explosie een gehele halovorm aannemen<br />
waarbij het plasma in alle richtingen wordt<br />
uitgestoten. Door het uitgestoten plasma<br />
kunnen de geïoniseerde deeltjes versneld<br />
worden en een snelheid bereiken oplopend<br />
tot 2120 km/s.<br />
Zonnewinden zijn te verdelen in twee verschillende soorten. Het soort is afhankelijk van de snelheid<br />
die de geïoniseerde deeltjes hebben na het ontrekken aan de aantrekkingskracht van de zon.<br />
Trage zonnewind ontstaan rond de evenaar van de zon met een afwijking van 15° graden richting de<br />
polen. Rond de evenaar bevinden de magnetische veldlijnen zich het verst van de zon af en worden<br />
de deeltjes het meest afgeremd door de magnetosfeer van de zon.<br />
Vanaf de polen worden snelle zonnewind gecreëerd. Hoe dichter een foton zich bij de polen bevindt<br />
en in botsing komt met geïoniseerde deeltjes, hoe meer bewegingsenergie de deeltjes buiten de<br />
magnetosfeer krijgen. Ze hoeven minder afstand af te leggen om buiten de magnetosfeer te komen<br />
en verliezen dus minder snelheid aan de aantrekkingskracht van de zon.<br />
Als bij de polen een magnetische verstoring plaats vindt, geeft die een grotere snelheid mee aan de<br />
geïoniseerde deeltjes bij de ontsnapping aan de aantrekkingskracht van de zon.<br />
Afb 3.4 Drie atmosferische lagen van de zon.
3.4 Een zonnewind komt aan bij de aarde<br />
Als zonnewind bij ons hemellichaam aankomt, komt hij in aanraking met de magnetosfeer. Indien de<br />
energie van een magnetisch veld dominant is, behouden de magnetische veldlijnen hun vorm en de<br />
bewegingssnelheid van de geïoniseerde deeltjes wordt verkleind.<br />
Maar als de energie van zonnewind dominant is wordt de magnetosfeer beïnvloed door deze<br />
energie. De veldlijnen kunnen hierbij gebogen of lichtelijk ingedeukt worden.<br />
Het is afhankelijk van de richting van de zonnewind of de geïoniseerde deeltjes worden opgenomen<br />
in de magnetosfeer. De richting wordt mede bepaald door de vier verschillende seizoenen op de<br />
aarde, doordat de aarde niet helemaal recht tegenover de zon staat.<br />
De magnetisch veldlijnen van de aarde lopen van zuid naar noord. Als geïoniseerde deeltjes in<br />
dezelfde richting als de veldlijnen aankomen worden de deeltjes als het ware afgestoten en krijgen ze<br />
geen kans om onder invloed van de Lorentzkracht naar de polen te trekken.<br />
Aangekomen zonnewind in de tegengestelde richting kan de magnetische tegendruk opheffen. De<br />
meegekomen deeltjes kunnen zich door de magnetosfeer laten beïnvloeden (afbeelding 2.5).<br />
Rond de polen heeft het een poollicht tot gevolg.<br />
CME’s zijn zo sterk dat ze kunnen zorgen voor poollichtstormen. Er komen zoveel geïoniseerde<br />
deeltjes bij de aarde aan dat de deeltjes voor poollicht kunnen zorgen, dat vergeleken met normaal<br />
gesignaleerd poollicht bijzonder helder wordt.<br />
Op sommige plekken worden de magnetische veldlijnen zo sterk afgebogen dat er zelfs problemen<br />
kunnen ontstaan bij communicatieve radiozenders.<br />
De radiogolven worden verstoord en er ontstaat een ruis door de geïoniseerde deeltjes die de golven<br />
aantasten.<br />
De korte golven van 200 meter of korter en middengolven (enkele honderden kilometers), gecreëerd<br />
door zendmasten, hebben hier het meeste last van. De korte golven hebben een maximale hoogte<br />
van 400 km en de middengolven van maximaal 100 km. Op deze hoogtes kunnen de deeltjes nog niet<br />
in aanraking komen met<br />
de atmosfeer en<br />
worden ze<br />
opgevangen door<br />
de magnetosfeer.<br />
Hierdoor gaat een<br />
AM- of FM<br />
radioband storen.<br />
Dit heeft rond de<br />
polen de grootste<br />
gevolgen. De<br />
deeltjes komen<br />
door de afbuiging<br />
van de<br />
Lorentzkracht bij<br />
elkaar om zo in<br />
contact te komen<br />
met de atmosfeer.<br />
De deeltjes<br />
verstoren de<br />
radiogolven.<br />
FL = B.q. . v<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Afb. 3.6<br />
26<br />
Afb. 3.5
3.5 Conclusie<br />
De zon heeft door zijn energie een zekere invloed op het poollicht. Het is het enige variabele<br />
bestanddeel bij het ontstaan van poollicht. De activiteit van de zon is niet constant en heeft een<br />
cyclus van 11 jaar.<br />
De energie van de zon is echter wel nodig omdat de aarde zelf minder energie uitstraalt dan zij van<br />
de zon ontvangt.<br />
Deze energie ontstaat door de kernfusie die zich in de kern van de zon afspeelt. Door het versmelten<br />
van twee waterstofatomen in een heliumatoom komen er veel fotonen vrij die het geïoniseerde<br />
plasma door middel van botsingen in beweging brengen en zo aan de aantrekkingskracht van de zon<br />
kunnen ontsnappen. Een verzameling geïoniseerde deeltjes die zich ontrekken aan de<br />
aantrekkingskracht noemt men zonnewind.<br />
Een zonnewind kan de magnetosfeer van onze aarde bereiken als ze aankomen in tegengestelde<br />
richting van de magnetische veldlijnen. Zo kan het poollicht verschijnen.<br />
Hoe hoger de snelheid van de zonnewind, hoe meer geïoniseerde deeltjes de zonnewind bevat als hij<br />
de aarde bereikt. Dit geeft op onze aarde een helderder poollicht.<br />
Poollicht op onze aarde is alleen te zien door de versterkende werking van Flares, CME’s of coronale<br />
gaten. Dit komt doordat geïoniseerde deeltjes voor het ontstaan minstens met een snelheid 450<br />
km/s moeten bewegen in de richting van de aarde.<br />
Afb. 3.7 De hoeveelheid zonnevlekken en explosies richting de aarde in een zonnecyclus.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
27
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
28<br />
Verschillende Kleuren
4.0 Hoe ontsaan de verschillende kleuren?<br />
4.1 Inleiding<br />
In het jaar 1897 werd het duidelijk dat de energie van de zon een invloed heeft op de<br />
magnetosfeer. Ook begrijpt men dat er zichtbaar licht ontstaat als de energie van de zon in<br />
aanraking komt met de atmosfeer.<br />
Alleen is het poollicht niet zomaar licht. Er kunnen verschillende kleuren worden<br />
waargenomen. Getuigen en verhalen beschrijven vaak een gloed met een specifieke kleur.<br />
Maar deze kleuren zijn soms verschillend.<br />
De kleuren paars, rood en groen komen het meest voor.<br />
Deze verschillen moeten door andere theoriën ook te verklaren zijn.<br />
Wat is licht nou eigenlijk en hoe ontstaat het?<br />
En waar komen de verschillende kleuren van het poollicht vandaan?<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
29<br />
Afb. 4.1
4.2 Het spectrum<br />
Het spectrum 15 is de volledige schaal aan<br />
elektromagnetische straling. Hieronder<br />
vallen radargolven, maar ook licht. Het<br />
zichtbare spectrum noemen we het<br />
‘kleurenspectrum’. Licht is een vorm van<br />
elektromagnetische straling. Alle soorten<br />
elektromagnetische straling hebben in een<br />
vacuüm een snelheid gelijk aan de<br />
lichtsnelheid.<br />
Het woord <strong>“</strong>elektromagnetisch”<br />
weerspiegelt het verschijnsel dat<br />
elektrische velden en magnetische velden,<br />
als ze in de loop van de tijd veranderen,<br />
altijd samen voorkomen. Een wisselend<br />
elektrisch veld gaat altijd gepaard met een<br />
wisselend magnetisch veld en omgekeerd.<br />
Het bijzondere van elektromagnetische<br />
straling is dat er geen medium nodig is<br />
waarin de golven zich voortplanten. In<br />
tegenstelling tot geluid bijvoorbeeld, dat<br />
zich niet in een vacuüm kan voortplanten,<br />
kan licht zich prima door een verder totaal<br />
lege ruimte voortbewegen.<br />
Het vermogen van straling (uitgedrukt in<br />
Watt, of joule/seconde) is gelijk aan het<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
E = h . f<br />
30<br />
aantal fotonen per seconde maal de<br />
energie per foton. Dat laatste bepaalt het<br />
soort straling, het eerste de intensiteit van<br />
de straling.<br />
Fotonen zijn een verschijningsvorm van<br />
elektromagnetische straling. Deze kunnen<br />
zich voordoen als golven of als een stroom<br />
van bijna massaloze energiedeeltjes.<br />
Eigenlijk zijn het allemaal kleine pakketjes<br />
met energie.<br />
Er bestaat een heel spectrum van<br />
elektromagnetische straling met een<br />
verschillend energie per foton. De straling<br />
met een lager energieniveau per foton<br />
heeft een grotere golflengte dan de<br />
straling met meer energie per foton.<br />
Samenhangend met die eigenschappen<br />
kent elektromagnetische straling allerlei<br />
toepassingen. Sommige soorten (zoals<br />
radiogolven) hebben een heel groot bereik<br />
bij een relatief laag energieniveau. Andere<br />
soorten straling (zoals Röntgenstraling)<br />
gaan door weefsels heen en hebben<br />
daardoor medische toepassingen.<br />
Elektromagnetische straling kan voor de waarnemer twee vormen aannemen, namelijk als<br />
een deeltje, het foton, of als een golfverschijnsel. Er is een verband tussen het energieniveau<br />
E van dit foton en de frequentie f van de bijbehorende golf. Deze relatie is:<br />
Afb. 4.2<br />
waarin h de constante van Planck is. Dat elektromagnetische straling een golfverschijnsel is<br />
kan met diffractie- en interferentieproeven worden aangetoond. Om onder andere het fotoelektrisch<br />
effect te kunnen verklaren moet aan deze straling een deeltjeskarakter toegekend<br />
worden. Licht heeft dus een dualistisch karakter; een golf en een deeltje. We hebben beide<br />
modellen nodig om verschillende natuurkundige processen te kunnen verklaren. Het bleek<br />
dat materie zich niet alleen als deeltje, maar ook als een golf kan gedragen.
In natuurkundige formules wordt in plaats van de frequentie ook wel de golflengte gebruikt.<br />
Hierbij komt een factor 2π naar voren. Dan is het vaak handig om in plaats van de constante<br />
van Planck h De constante van Dirac te gebruiken, neergeschreven als h met een streep er<br />
doorheen ( , h streep genoemd). Dit is h gedeeld door 2π.<br />
De mens kan bepaalde elektromagnetische golven zien als licht. De golflengte van zichtbaar<br />
licht ligt tussen de 380 en 780 nanometer. Hoe kleiner de golflengte, des te meer energie de<br />
fotonenstroom bevat.<br />
Afb 4.3<br />
Afb. 4.5 Het zichtbare spectrum met de bijbehorende golflengte in nanometers.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
31<br />
Afb 4.4
4.3 Kwantummechanica<br />
Begin 1900 kwam een bepaalde theorie uit over het gedrag van de elektronen in atomen.<br />
Elektronen in een atoom zouden kunnen veranderen van positie. Dit heet de<br />
kwantummechanica.<br />
Afb.4.6 Een bariumkern met de<br />
verschillende energieniveau’s.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Volgens het atoommodel van Bohr (afbeelding 4.6) houden<br />
de elektronen 3 van een atoom zich op in een aantal schillen<br />
rondom de kern, die een verschillend energieniveau hebben.<br />
Elke schil 14 kan een beperkt aantal elektronen bevatten. De<br />
elektronen van een stabiel atoom zitten in de schillen met de<br />
laagst mogelijke energie.<br />
Als er energie aan een atoom wordt toegevoegd,<br />
bijvoorbeeld door verhitting of door zonnewind, kunnen er<br />
elektronen naar een hogere energietoestand gaan. Hierbij<br />
gaat er dus een elektron een schil naar buiten.<br />
Dit heet een aangeslagen toestand. Het overgaan naar een hogere energietoestand heet<br />
excitatie. Het atoom is niet meer in een stabiele toestand. Het elektron is niet meer in zijn<br />
oorspronkelijke schil maar wil graag terug. Er ontstaat een emissie van stralingsenergie.<br />
Als er een elektron terugvalt naar een lager energieniveau, zendt het atoom energie uit in de<br />
vorm van een foton, elektromagnetische straling, bijvoorbeeld in de vorm van licht<br />
(afbeelding 4.7).<br />
Bij de vorming van het poollicht wordt een<br />
atoom, aanwezig in de atmosfeer<br />
aangeslagen door de energie van de zon.<br />
Bij het terugvallen vormt het het poollicht.<br />
Afb. 4.7 De energie die vrijkomt tussen de schillen.<br />
32
4.4 Van energie naar licht<br />
De stralingsenergie die vrijkomt bij een bepaalde elektronensprong komt overeen met het<br />
energieverschil tussen deze energieniveaus. De waarden van de sprongen zijn verschillend voor elk<br />
element. De stralingsenergie bepaalt de golflengte van de straling en dus de kleur van het<br />
uitgestraalde licht.<br />
Maar niet iedere kleur kan met ieder element gemaakt worden. Zo zullen de groene en rode kleur<br />
vooral van zuurstof komen. En de paarse tinten van het element stikstof. Deze stoffen zijn het meest<br />
aanwezig in de atmosfeer.<br />
Welke stoffen een bepaalde golflengte uitzenden kan afgelezen worden uit een tabel (afbeelding<br />
4.8). Hierin is het zichtbare spectrum geselecteerd en de mogelijke kleuren per stof zijn ingevuld.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
33<br />
Afb. 4.8 De selectie van het zichtbare spectrum per stof.
Een grotere ‘val’ van het elektron geeft meer energie af, hier zal een kleinere golflengte uit komen<br />
(afbeelding 4.9 en 4.10). Een kleine golflengte zal richting violet gaan, terwijl langere golflengten naar<br />
de kleur rood gaan. Bij een rode kleur in de atmosfeer is er dus sprake van maar een kleine energieuitstoot<br />
per atoom.<br />
Vlak bij de polen zal meer violet te zien zijn omdat de deeltjes hier harder op elkaar botsen. Het<br />
elektron zal meer energie meekrijgen en naar een hogere baan geschoten wordt.<br />
Afb. 4.9 De hoeveelheid energie die vrijkomt is afleesbaar in niveaus (n)<br />
van het element waterstof.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
34<br />
Afb. 4.10
4.5 Invloed van de luchtdruk<br />
Binnen de atmosfeer van de aarde heerst luchtdruk 8 . De luchtdruk staat voor de kracht waarmee alle<br />
gassen in de atmosfeer op de aarde leunen. Kom je hoger in de atmosfeer, dan heb je een dunnere<br />
laag atmosfeer boven je en is de luchtdruk dus lager.<br />
De luchtdruk betekent dus ook de hoeveelheid zuurstof of stikstof moleculen per volume. Een lage<br />
luchtdruk heeft weinig moleculen per volume. En dus duurt het langer voor dat het elektron<br />
afkomstig van een zonnewind tegen een molecuul botst. De snelheid is hoger en dus zal het botsen<br />
voor meer energie zorgen.<br />
De theorie dat de kleur van een poollicht wordt beïnvloed door de luchtdruk klopt niet. Vaak wordt<br />
beweerd dat de rode kleur komt door de lage luchtdruk. Echter, als er naar de vorm van de<br />
atmosfeer wordt gekeken is er in de eerste lagen de minste luchtdruk. Dat is logisch want er zit niets<br />
boven. Omdat de luchtdruk laag is zijn er weinig moleculen. Dus de deeltjes die vanaf de zon komen<br />
hebben in het begin maar een kleine kans op een botsing. Als er een botsing is, is de hoeveelheid<br />
energie die vrijkomt niet zo groot. Want de aantrekkingskracht van de veldlijnen van het<br />
aardmagnetisch veld en de zwaartekracht zijn nog niet zo sterk.<br />
De luchtdruk neemt toe naarmate het deeltje dichter bij het aardoppervlak komt. Bovendien neemt<br />
ook de snelheid van het deeltje hierbij nog toe. In een hogere luchtdruk is de kans veel groter dat het<br />
een molecuul raakt. En door de hogere snelheid komt er meer energie vrij.<br />
Het is dus niet zo dat lage druk rood licht veroorzaakt en hogere druk geel/groen.<br />
De kleur hangt niet af van de luchtdruk maar van de moleculen die zich in de atmosfeer bevinden.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Afb. 4.11<br />
35
4.6 Conclusie<br />
Bij een lage luchtdruk duurt het langer voordat een geladen deeltje, afkomstig van de zon, in<br />
botsing komt met moleculen in de atmosfeer. De aantrekkingskracht en de magnetosfeer<br />
krijgen een steeds grotere invloed naar mate het geladen deeltje dichter bij de aarde komt.<br />
Het deeltje krijgt een steeds grotere snelheid.<br />
Als het deeltje op een molecuul botst veranderd de positie van de elektronen in het<br />
molecuul. De elektronen komen in andere schillen terecht. De aangeslagen elektronen willen<br />
graag terug naar hun oorspronkelijke positie. Bij het terugvallen naar de oorspronkelijke schil<br />
komt energie vrij in fotonen doordat de schillen verschillende energieniveau’s bevatten.<br />
De fotonen stralen op een bepaalde golflengte dat zichtbaar is als licht. Bij een variatie van<br />
de golflengte verandert de kleur van het licht. De kleur van het licht is ook afhankelijk van<br />
welk atoom een geladen deeltje heeft geraakt. Verschillende atomen kunnen met de emissie<br />
van de stralingsenergie een eigen energiehoeveelheid creëeren. Ze hebben een eigen<br />
golflengte die past bij een bepaalde kleur.<br />
Omdat zuurstof en stikstof het meest voorkomen in de hogere lagen van de atmosfeer<br />
ontstaan vaak de kleuren paars, groen en rood.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
36
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Poollicht op andere hemellichamen<br />
37
5.0 Hoe ontstaat het poollicht op andere planeten?<br />
5.1 Inleiding<br />
Na de ontdekking van de achterliggende theorie zijn sterrenkundigen gaan kijken naar de andere<br />
planeten. Men was nieuwsgierig of onze planeet de enige in het zonnestelsel was die dit verschijnsel<br />
kon creëren.<br />
Andere planeten zouden het op hun manier, ook moeten kunnen.<br />
Planeten moeten wel aan bepaalde eisen voldoen om poollicht te laten verschijnen. Zo hebben ze<br />
een magnetisch veld, energie van de zon of van een ander lichaam en een bepaalde conditie van de<br />
atmosfeer nodig.<br />
De aarde voldoet aan al deze voorwaarden.<br />
Maar hoe wordt er op een andere planeet poollicht gevormd?<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
38<br />
Afb. 5.1
5.2 Jupiter<br />
De eerste andere planeet waar poollicht werd<br />
ontdekt was Jupiter.<br />
Op 24 en 26 februari 2003 werd een infrarode<br />
afbeelding gemaakt van het verschijnsel wat<br />
het bewijs was dat er op andere planeten ook<br />
poollicht voorkwam.<br />
Omdat deze planeet een gasreus is vond men<br />
het vreemd om daar het poollicht te<br />
ontdekken. De achterliggende theorie van het<br />
poollicht verschijnsel op Jupiter was echter<br />
heel anders dan de theorie achter het poollicht<br />
op onze aarde.<br />
Onze aarde maakt namelijk gebruik van de<br />
energie van de zon. De energie die de aarde<br />
ontvangt door middel van zonnewind is groter<br />
dan dat de planeet zelf uitstraalt. Gasreuzen<br />
als Jupiter en Saturnus stralen al meer energie<br />
uit dan ze van de zon ontvangen.<br />
Jupiter creëert in feite zijn eigen poollicht. Alle<br />
voorwaarden voor het verschijnsel poollicht<br />
worden op een vreemde manier gebruikt en<br />
toegepast. De omringde manen en de energie<br />
van Jupiter hebben een groot effect op de<br />
polen.<br />
De maan Io is één van de 16 herkende manen<br />
van Jupiter en bevindt zich het dichtste bij de<br />
planeet. Deze maan is het meest actieve<br />
vulkanische hemellichaam in het zonnestelsel.<br />
Het kan enorme vulkanische pluimen creëren<br />
die tot 300 km boven het oppervlak kunnen<br />
reiken en elektromagnetische ontladingen<br />
geven met een waarde oplopend tot 3 miljoen<br />
ampère.<br />
Io is een vulkanische maan die zwavel en<br />
zwaveldioxide uitspuwt. Door de grote<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
39<br />
vulkanische activiteit worden er veel<br />
geïoniseerde deeltjes de ruimte in geblazen.<br />
De geïoniseerde deeltjes worden in de<br />
magnetische baan van Jupiter naar de polen<br />
gebracht, waar de richting van de veldlijnen<br />
van de magnetosfeer zich de planeet in keren.<br />
(Jupiter bezit een magnetisch veld dat zo sterk<br />
is dat zijn invloeden zich uitstrekken tot<br />
voorbij de baan van Saturnus.)<br />
De meegebrachte geïoniseerde deeltjes van Io<br />
komen in botsing met de atmosfeer van<br />
Jupiter die hoofdzakelijk uit de waterstof en<br />
helium bestaat. Er kunnen verschillende<br />
kleuren ontstaan.<br />
Door de botsing ontstaat net als bij onze aarde<br />
poollicht. Dit poollicht is alleen vele malen<br />
sterker dan aards poollicht. Het kan tot 5 uur<br />
lang aanhouden en heeft een veel groter<br />
oppervlak.<br />
Dit is dus te verklaren door de activiteit van Io<br />
en de energie die het hemellichaam zelf<br />
uitstraalt. Jupiter straalt zelf energie uit door<br />
de trage gravitationele 4 samentrekking van<br />
het lichaam. Het straalt 2,5 keer meer energie<br />
uit dan dat het van de zon ontvangt. De<br />
atmosfeer kan deze energie goed geleiden en<br />
er ontstaat een veel helderdere aurora dan op<br />
aarde.<br />
Verder zorgt deze energie voor een grotere<br />
magnetosfeer rond Jupiter. En hoe groter de<br />
magnetosfeer hoe langer de magnetische<br />
veldlijnen zijn. De Lorentzkracht heeft hier een<br />
langere werking en hierdoor krijgen de<br />
geïoniseerde deeltjes een groter snelheid. Het<br />
zorgt voor krachtigere botsingen.<br />
Afb. 5.2
De andere twee gallileïsche<br />
manen Europa en<br />
Ganymedes hebben door<br />
het sterke magnetisch veld<br />
van Jupiter ook een invloed<br />
op de polen. Die is een stuk<br />
kleiner omdat deze manen<br />
niet erg actief zijn en een<br />
bevroren oppervlak hebben.<br />
Door radioactiviteit worden<br />
watermoleculen (aanwezig<br />
op beide planeten) gesplitst<br />
en hebben de manen een<br />
atmosfeer van waterstof en<br />
zuurstof.<br />
De twee manen bevinden<br />
zich verder weg van Jupiter<br />
vergeleken met Io. De<br />
geïoniseerde deeltjes van<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
de manen volgen een<br />
andere baan, in het<br />
magnetisch veld van Jupiter,<br />
die naar de polen toe leidt<br />
(afbeelding 5.4). Op de<br />
polen komen op drie<br />
verschillende plekken<br />
geïoniseerde deeltjes aan<br />
van de drie manen. Op de<br />
drie verschillende plaatsen<br />
op de polen word poollicht<br />
gevormd. Samen zorgt dit<br />
voor een groot helder<br />
oppervlak.<br />
De vele ongelijktijdige<br />
getijden van Jupiter hebben<br />
veel effect op de<br />
langdurigheid en de kans op<br />
40<br />
een poollicht die Io creëert.<br />
Io kan zich 100 meter<br />
verplaatsen ten opzichte<br />
van Jupiter. Dit veroorzaakt<br />
gravitationele<br />
samentrekking van de kern<br />
van Io en zorgt voor het<br />
vulkanisme op de maan.<br />
Als in een bepaald getij de<br />
kern krachtiger wordt<br />
samengetrokken is de kans<br />
op een vulkanische<br />
uitbarsting en dus de kans<br />
op een poollicht op Jupiter,<br />
waar de magnetische baan<br />
in contact komt met de<br />
atmosfeer, groter.<br />
Afb. 5.3 Afb. 5.4
5.3 Saturnus<br />
Na de ontdekking van de theorie werden ook andere gasreuzen onderzocht op het verschijnsel<br />
poollicht. In januari 2004 was het zo ver. Er werd poollicht met een infrarood camera ontdekt op<br />
Saturnus, een andere gasreus die zich achter Jupiter bevindt. Er werd lang gedacht dat dit poollicht<br />
precies dezelfde theorie bevatte als aards poollicht.<br />
Maar op 16 februari 2005 ontdekte men één groot verschil met ons poollicht.<br />
Het verschil is dat bij Saturnus de richting van de zonnewind niet belangrijk is als deze aankomt bij de<br />
magnetosfeer. Ieder geïoniseerd deeltje word afgebogen door de Lorentzkracht, welke richting dit<br />
deeltje ook heeft.<br />
De magnetisch veldlijnen van de aarde lopen richting het noorden. Als de zonnewind naar het zuiden<br />
aankomt word de magnetosfeer gedeeltelijk opgeheven en is de magnetosfeer open voor de<br />
geïoniseerde deeltjes. Bij een tegengestelde richting hebben de geïoniseerde deeltjes geen toegang<br />
tot de magnetosfeer.<br />
Als de zonnewind aankomt en hij heeft dezelfde richting als de magnetosfeer worden de deeltjes als<br />
het ware afgestoten en krijgen de geïoniseerde deeltjes geen kans om onder invloed van de<br />
Lorentzkracht naar de polen te trekken.<br />
Bij Saturnus blijkt de richting van de magnetische velden echter geen invloed te hebben op het<br />
ontstaan van poollicht. Dit komt hoogstwaarschijnlijk kunnen komen doordat voor zo’n grote planeet<br />
de magnetosfeer niet heel erg sterk is. Het laat ieder magnetisch veld binnen en dat veroorzaakt<br />
verschillen in de verschijning. Er zijn 2 typen poollicht op Saturnus.<br />
1. Het poollicht gaat mee met de rotatie van Saturnus.<br />
2. Het poollicht staat stil en Saturnus gaat door met de rotatie.<br />
Het verschil in type wordt bepaald door de richting van de zonnewind.<br />
Komt de zonnewind uit de tegengestelde richting van de magnetosfeer dan gaat de aurora mee<br />
roteren (type 1). Als dit niet het geval is blijft de aurora stilstaan (type 2).<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
41
5.4 Mars<br />
De laatste planeet waar het poollicht is ontdekt is onze achterbuurman Mars.<br />
Op 9 juni 2005 zag men vreemde lichtverschijnselen op het zuidelijk halfrond van Mars.<br />
Men dacht altijd dat er geen poollicht op Mars kon voorkomen door de ijle atmosfeer en de zwakke<br />
magnetosfeer. Maar toch heeft men op Mars poollicht aangetroffen. Het poollicht op Mars is alleen<br />
door de aanwezigheid van het verschijnsel rond de evenaar al een heel stuk vreemder.<br />
Bij Mars gaat het niet om de magnetische veldlijnen die naar de polen trekken maar om de<br />
plaatselijke magnetische velden die zich in de korst van de planeet bevinden. Mars heeft geen<br />
magnetosfeer maar bepaalde gebieden waardoor zich een soort magnetische bel vormt over het<br />
oppervlak die in de korst in verdwijnt (afbeelding 5.5).<br />
Boven die plaatselijke magnetische rotsgebieden kan zich poollicht voordoen. Deze gebieden<br />
bevinden zich grotendeels op het zuidelijk halfrond, maar ook rond de evenaar van Mars.<br />
Een zonnewind kan met een magnetisch gebied in aanraking komen en zo net als op onze aarde het<br />
lichtverschijnsel creëren.<br />
Dit poollicht kan door het hoge CO2 percentage (97,98%) en verder een mengeling van andere gassen<br />
in de atmosfeer niet erg helder zijn. De kleur die het vaak krijgt is ultraviolet.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Afb. 5.6<br />
42<br />
Afb. 5.5 Plaatselijke magneetvelden op mars.
5.5 Planeten zonder poollicht<br />
Bij sommige planeten hebben astronomen al vast kunnen stellen dat er nooit een poollicht in hun<br />
hemel te zien zal zijn. De planeten missen bepaalde eigenschappen die essentieel kunnen zijn voor het<br />
creëren van poollicht, zoals een atmosfeer of een magnetosfeer.<br />
Maar er blijven onduidelijkheden over het verschijnsel. Niet alleen bij de planeten die geen poollicht<br />
creëren, maar ook bij planeten waarop het poollicht wel gevormd word.<br />
Zo is het bijvoorbeeld vreemd dat Jupiter beïnvloeden wordt door drie Gallileïsche manen. De manen<br />
Ganymedes en Europa hebben een ijle atmosfeer in vergelijking met Io en kunnen dus weinig<br />
geïoniseerde deeltjes afgeven aan de magnetische veldlijnen naar de polen van Jupiter.<br />
En waarom is er niks bekend over vormingen van poollicht op de planeten Uranus en Neptunus?<br />
Beide planeten bevatten alle voorwaarden om een poollicht te kunnen laten verschijnen. Zonnewind<br />
bevat genoeg snelheid om beide planeten te kunnen bereiken en de planeten bevatten genoeg<br />
atmosferische bestanddelen om een zonnewind mee in aanraking te laten komen.<br />
Wat men wel al heeft vast kunnen stellen, na het ontdekken van het poollicht op saturnus, is dat<br />
Mercurius en Pluto geen poollicht kunnen creëren. Beide planeten hebben vrijwel geen atmosfeer<br />
doordat Pluto een bevroren planeet is en Mercurius is, net zoals de maan, van steen.<br />
De luchtdruk is door de lage aantrekkingskracht zo laag dat een zonnewind bij één van de planeten<br />
aan zou komen en met geen enkel atmosferisch deeltje in botsing zou kunnen komen. De gassen die<br />
er boven het oppervlak ontstaan kunnen meteen wegdrijven van de planeet.<br />
Venus (afbeelding 5.7) bijvoorbeeld heeft geen magnetosfeer. Zoals blijkt op Mars hoeft dat niet echt<br />
een probleem te zijn.<br />
Maar het verschil is dat Mars magnetische gebieden in de aardkorst heeft zitten door een vroegere<br />
atmosfeer die de planeet heeft gehad. Venus daarentegen heeft nooit een magnetosfeer gehad. Er is<br />
geen Lorentzkracht die de aangekomen geïoniseerde deeltjes doet versnellen.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
43<br />
Afb. 5.7 Venus
5.6 Conclusie<br />
Onze aarde is niet de enige planeet die voor het lichtverschijnsel kan zorgen. Bijna 5 jaar geleden<br />
werden de eerste beelden vast gelegd van Jupiter met hetzelfde verschijnsel. In de jaren hierna<br />
volgden meerdere planeten die het zelfde resultaat gaven.<br />
Uiteindelijk kan ook op de planeten Jupiter, Saturnus en Mars poollicht ontstaan. Hoewel alle drie<br />
vanuit een andere theorie worden verklaard, ontstaat er bij ieder een lichtverschijnsel boven het<br />
oppervlak.<br />
Het blijkt dat zowel gasreuzen als Jupiter en Saturnus als aardse planeten zoals Mars en de aarde<br />
poollichten kunnen laten verschijnen.<br />
Planeten die geen poollicht kunnen creëren, kunnen bepaalde atmosferische of magnetische<br />
bestanddelen missen, die niet worden vervangen of aangepast. Door het niet compleet zijn van de<br />
bestanddelen kan zich geen poollicht aan de hemel voordoen.<br />
Mercurius en Pluto missen het bestanddeel ``atmosfeer’’ en Venus de ``magnetosfeer’’.<br />
In sommige gevallen is het nog niet duidelijk waarom de planeten het poollicht niet kunnen vormen.<br />
Uranus en Neptunus zijn voorzien van alle eigenschappen die nodig zijn om een poollicht te kunnen<br />
creëren, alleen is het nooit ontdekt.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
44
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Onderzoek naar poollicht<br />
45
6.0 Welke onderzoeken worden er gedaan naar poollicht?<br />
6.1 Inleiding<br />
De mens is altijd al bezig geweest met het onderzoeken van verschijnselen in de natuur, zo<br />
ook de poollichten. Poollichten bestaan al zo lang als de aarde, maar er is pas de laatste<br />
eeuwen echt veel onderzoek naar gedaan. Men deed er vroeger wel onderzoek naar, maar<br />
hadden niet de goede instrumenten en apparatuur.<br />
Onderzoekers hebben vaak alleen een bijdrage kunnen leveren aan de achterliggende<br />
theorie.<br />
Een groot obstakel was voorheen dat men de ruimte nog niet in kon. En aangezien de ruimte<br />
en vooral de zon een grote rol spelen in het vormen van poollicht, was het erg moeilijk om er<br />
goed onderzoek naar te doen en correcte conclusies te trekken. Men wist niet goed waar het<br />
poollicht zich allemaal verscheen en wanneer het plaatsvond.<br />
Hoe kwam men achter de theorie van het poollicht?<br />
Hoe wordt er onderzocht en waargenomen?<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
46<br />
Afb. 6.1
6.2 Historische onderzoeken naar poollichten<br />
De poollichten danken hun naam aan Galileo Galilei (Afbeelding 6.2). Hij gaf de<br />
poolichten hun wetenschappelijke naam die wij nog steeds gebruiken, Aurora<br />
Borealis. Dit betekend <strong>“</strong>morgenrood van het noorden”. De poollichten hebben<br />
meerdere namen, die ze danken aan deze man.<br />
Aurora Borealis, noorderlicht.<br />
Aurora Australis, zuiderlicht Afb. 6.2 Galilei Galileo<br />
Aurora Polaris, poollicht (1564-1642)<br />
De eerste echte onderzoeken naar poollichten begonnen in de 18 e eeuw.<br />
In 1744 deed de Duitser Samuel Von Triewald al een experiment op het gebied van het poollicht. In<br />
een donkere kamer, met een gaatje in de muur om het zonlicht door te laten, stelde hij een prisma,<br />
een glas cognac en een scherm op. Lichtstralen die door de opening kwamen, werden gebroken en<br />
waaierden uiteen bij doorgang door het prisma. Wanneer het gebroken licht langs het oppervlak van<br />
de cognac kwam, werd een patroon op het scherm geprojecteerd. Dit was het begin van een<br />
wereldwijde theorie die ervan uitging dat het poollicht ontstaat uit zonlicht dat gebroken wordt door<br />
verstrooide gassen, die in de atmosfeer verdampen. Deze gassen werden door de wind meegevoerd<br />
waardoor er een aurora ontstond.<br />
De eerste persoon die onderzoek deed naar de zonnevlekken was een apotheker en sterrenkundige<br />
uit Duitsland, genaamd Samuel Schwabe. Sinds 1826 noteerde hij dagelijks het aantal zonnevlekken.<br />
Hij deed dit over een periode van 10 jaar.<br />
In het jaar 1840 ontdekte een Engelse sterrenkundige en ook militair, genaamd Sir Edward Sabine,<br />
dat er een relatie was tussen het magnetisch veld van onze aarde en de zonnevlekken (afbeelding<br />
6.6). Hij deed meerdere onderzoeken, waaronder een onderzoek naar magnetische stormen die de<br />
naalden van een kompas deden afwijken. Hij kwam er achter dat dit tegelijkertijd op de noord- en<br />
zuidpool voorkwam en kreeg de Engelse regering zover dat ze in 1840 verschillende meetstations<br />
bouwden zodat hij het fenomeen verder kon onderzoeken. Na veel metingen en analyses kwam hij er<br />
achter dat magnetische stormen een levenscyclus hadden van 11 jaar. Sir Edward Sabine legde zijn<br />
eigen resultaten naast die van de Duitser Samuel Schwabe en trok de conclusie dat er een relatie<br />
bestond tussen zonnevlekken en storingen in het aardmagnetisme.<br />
1853, Hendrik Antoon Lorentz werd geboren (afbeelding 6.3). Hij is één<br />
van de meest bekende natuurkundigen van Nederland. In 1902 ontving hij<br />
de Nobelprijs voor Natuurkunde. Hij werkte samen met onder andere<br />
Marie Curie en Albert Einstein. Ook was hij de man die de formule voor de<br />
Lorentzkracht uitvond. Hij deed tijdens zijn leven veel onderzoek naar de<br />
snelheid van het licht. In 1875 verklaarde hij hoe de kleurschifting van het<br />
licht in zijn werk gaat en in het jaar 1878 kon hij het verband tussen de<br />
dichtheid van een stof en zijn brekingsindex verklaren. Hieruit ontstond de<br />
beroemde Lorentzformule.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
FL = Bq . V<br />
Afb. 6.4<br />
47<br />
Afb. 6.3 Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928)
In 1897 voegde Kristian Berkeland, een natuurkundige uit Noorwegen, er nog iets aan toe. Hij deed in<br />
1897 en 1903 mee aan expedities om de hoogte van het noorderlicht te bepalen. Hij slaagde erin om<br />
foto’s te maken van het noorderlicht op twee plekken die 3,4 km uit elkaar lagen. Met een<br />
driehoeksmeting stelde hij vast dat het noorderlicht zich op 100 km hoogte bevond. Hij was ook een<br />
van de eersten die erachter kwam dat zonnewind iets te maken had met het verschijnen van een<br />
poollicht.<br />
In het begin nam niemand de ideeën van Kristian Berkelandse serieus. Ze gingen er vanuit dat alles<br />
wat hij waarnam puur toeval was geweest. Carl Stormer veranderde dit. Stormer deed berekeningen<br />
met de bewegingen van geladen deeltjes in een eenvoudig magnetisch dipoolveld. In 1907<br />
publiceerde hij een artikel waarin hij beschreef hoe geladen deeltjes spiraliseren om de magnetische<br />
veldlijnen. In het magnetisch veld van de aarde lopen de veldlijnen op grotere hoogte verder uit<br />
elkaar. Als de deeltjes op en neer spiraliseren langs de veldlijnen maken ze steeds kleinere en dichter<br />
op elkaar liggende lussen naarmate ze dichter bij de aarde komen. Op een gegeven moment houdt<br />
de neerwaartse bewegingen op bij de spiegelpunten en begint het deeltje weer terug, naar buiten<br />
toe, te spiraliseren.<br />
In de beginjaren van de 20 ste eeuw werd de eerste<br />
aanzet tot de theorie van de kwantummechanica 7<br />
gegeven door Max Planck in zijn studie<br />
gepubliceerd (afbeelding 6.5). <strong>“</strong>Zur Theorie des<br />
Gesetzes der Energie-Verteilung im Normal-<br />
Spektrum” over het probleem van de straling van<br />
een zwart lichaam. Planck kan de experimentele<br />
resultaten voor deze straling verklaren door aan te<br />
nemen dat licht korrelig is en in<br />
standaardpakketjes (quanta) komt. Hij bedoelde dit<br />
als een rekentruc. De kwantummechanica is een<br />
intuïtief moeilijk te doorgronden theorie, die in de<br />
beginperiode op veel weerstand stuitte. Albert<br />
Einstein had later bezwaar tegen de kansverdeling<br />
van deeltjes: <strong>“</strong>God dobbelt niet”. Hij geloofde dat<br />
de onzekerheden van de kwantumtheorie niet<br />
reëel waren, maar dat er ‘verborgen variabelen’<br />
waren, die we nog niet kennen, die alsnog de<br />
theorie verklaarbaar zouden maken. Ook Max<br />
Planck zelf meende dat ‘zijn’ kwantumtheorie later<br />
vervangen zou worden door een meer<br />
deterministische theorie zonder ‘vage’ statistische<br />
eigenschappen. Latere experimenten hebben die<br />
stelling echter onhoudbaar gemaakt. Maar Einstein zelf<br />
gaf in 1905 Plancks methode een nieuwe toepassing. Afb 6.5 Max Planck ( 1858 – 1947 )<br />
Hij kon er het foto-elektrisch effect mee verklaren.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
48
Afb. 6.6 Sir. Edward Sabine ( 1788-1883 )<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
In het jaar 1957 kwam men er tijdens het<br />
internationaal geografisch jaar achter dat de energie<br />
afkomstig van de zon vrijkomt op een hoogte tussen de<br />
80 en 100 kilometer en dat dit er voor zorgt dat het<br />
kleurrijke poollicht te zien is.<br />
Het internationaal geofysisch jaar duurde van 1 juli<br />
1957 tot 31 december 1958 en er deden ruim 60<br />
landen aan mee. In een periode van anderhalf jaar<br />
werden vanaf circa 2000 meetpunten metingen<br />
gedaan. In Nederland kwam er een automatische<br />
equator tafel in de Koninklijke sterrenwacht van Ukkel<br />
zodat men de zon continu in de gaten kon houden.<br />
49
6.3 Huidige onderzoeken naar het poollicht<br />
Tegenwoordig doet men veel meer onderzoek naar het ontstaan van poollichten en de relatie van<br />
poollichten met de zon.<br />
Eigenlijk doet ieder land wel onderzoek en ze doen allemaal andere dingen. Sommige landen<br />
onderzoeken waar poollichten voorkomen en wanneer, anderen wat de zon te maken heeft met de<br />
poollichten en weer anderen doen onderzoek naar poollichten op andere planeten.<br />
6.3.1 Onderzoek naar de zon<br />
Het jaar 2007 is het ``heliofysisch jaar” van de Verenigde Naties. De wetenschappelijke gemeenschap<br />
hebben dit jaar in plaats van geofysisch jaar heliofysisch jaar genoemd omdat ze niet alleen de studie<br />
van de zon (Helios) maar ook de relatie van de zon met de aarde wilden bestuderen (afbeelding 6.7).<br />
Met het heliofysisch jaar willen ze mensen stimuleren om meer onderzoek te doen naar de ruimte en<br />
mensen de schoonheid van de zon en de ruimte laten zien. Dit jaar was een van de georganiseerde<br />
activiteiten een tentoonstelling over de zon in het Planetarium van de Koninklijke Sterrenwacht van<br />
België.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Afb. 6.7<br />
In het jaar 1990 stuurde BIRA (Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie) een satelliet genaamd<br />
Ulysses de ruimte in. Ulysses is gemaakt om de snelheden van zonnewind op de polen en bij de<br />
evenaar te meten. Ulysses is nog steeds in gebruik en stuurt dus al 17 jaar gegevens naar de aarde.<br />
Door de gegevens van Ulysses te bekijken en te onderzoeken heeft men uitgevonden dat de snelheid<br />
bij de polen hoger is dan bij de evenaar (afbeelding 6.8).<br />
50
Afb 6.8 Ulysses meet de verschillende snelheden.<br />
Het BIRA heeft ook onderzoek gedaan naar de magnetosfeer. De verbinding tussen zonnewind en de<br />
magnetosfeer veroorzaakt een aparte stroom in de magnetosfeer die het mogelijk maakt om energie<br />
op te slaan. Ze ontdekten dat een substorm (lichte versie van een magnetische storm) er voor kan<br />
zorgen dat die opgeslagen energie zich plotseling ontlaadt met als mogelijk gevolg het ontstaan van<br />
een heel fel en kort poollicht.<br />
Het BIRA doet op het moment ook veel onderzoek naar de poollichten zelf. Ze bekijken ze vanuit de<br />
ruimte door middel van het ruimtevaartuig CLUSTER.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
51<br />
Afb 6.9
Een ander onderzoek dat momenteel<br />
ontwikkeld wordt is te zien geweest op de<br />
televisie (Discovery Channel). Men wil een<br />
voertuig de ruimte in sturen om in de buurt<br />
van de zon onderzoek te doen. Ze willen op<br />
een veilige afstand van de zon een onbemand<br />
voertuig laten zweven. Dit voertuig heeft<br />
meerdere <strong>“</strong>cellen”, gemaakt van platina en<br />
silicium. Onderzoekers willen proberen om de<br />
kleine fotonen en andere magnetisch geladen<br />
deeltjes op te vangen in de cellen (afbeelding<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
52<br />
6.10). Men hoopt dat de kleine deeltjes zullen<br />
blijven hangen in de molecuulstructuur van de<br />
cellen. Ze kunnen onderzoeken of de<br />
hoeveelheid deeltjes en de verschillende<br />
soorten deeltjes invloed hebben op de kleur,<br />
duur en felheid van de poollichten. Ook willen<br />
ze onderzoeken of er tijdens zonnewind meer<br />
deeltjes of andere soorten deeltjes vrijkomen<br />
dan normaal. Men verwacht dat ze dit rond<br />
2010 uit zullen kunnen gaan voeren.<br />
Afb. 6.10
6.3.2 Poollicht op andere planeten<br />
Er wordt op dit moment veel onderzoek gedaan naar de poollichten die te zien zijn op andere<br />
planeten (afbeelding 6.11 en 6.12). De Koninklijke Universiteit van Leuven (België) bijvoorbeeld heeft<br />
hier de laatste jaren veel onderzoek naar gedaan.<br />
Er werd altijd gezegd dat de voorwaarden om een poollicht te kunnen creëren, een magnetisch veld<br />
en een atmosfeer waren. De wetenschappers in Leuven ontdekten dat de poollichten op Jupiter,<br />
Saturnus en Mars <strong>“</strong>anders” waren dan die op aarde. Ze hebben de volgende kenmerken.<br />
De poollichten hebben andere kleuren<br />
Grotere en snellere veranderingen in het poollicht<br />
Er is een grotere magnetosfeer<br />
Afb. 6.11 Poollicht op Jupiter<br />
Afb. 6.12 Poollicht op Saturnus<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
53
6.3.3 Het opwekken van poollichten<br />
In Amerika is men op het moment druk bezig om uit te zoeken of men zelf een poollicht op kan<br />
wekken. Op kleine schaal kan dit al maar op grote schaal in de buitenlucht is het nog nooit<br />
geprobeerd.<br />
Op 2 februari 2005 hebben onderzoekers van het HAARP (High Frequency Active Auroral Research<br />
Program) in Alaska dit geprobeerd.<br />
Voor het project gebruikten ze enkele antennes en een generator van 1 megawatt. Elke 7,5 seconden<br />
stuurden ze een radiogolf de lucht in. Men zag tijdens het experiment enkele groene spikkels<br />
verschijnen (afbeelding 6.13). Tijdens het experiment was er ook een echt poollicht te zien. Dit<br />
poollicht bevond zich op 80km hoogte.<br />
Afb. 6.13 Gemaakte foto’s tijdens het experiment.<br />
Hetzelfde experiment is ook nog een keer uitgevoerd door onderzoekers van de Cornell<br />
University uit New York. Zij gebruikten een 960 kW zender en meerdere antennes.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
54
6.4 Waarnemingen van poollichten<br />
Poollichten komen overal op aarde voor. Alleen zijn ze niet overal even vaak en even duidelijk te zien.<br />
Een poollicht is het meest intens tussen ongeveer 22.00 uur en 00.00 uur ’s avonds.<br />
Een helder poollicht is meestal zo om de 27 dagen te zien. In de late herfst en vroege lente worden<br />
de meeste poollichten gezien.<br />
Tijdens een zonminimum zijn de poollichten 20 tot 30 % minder vaak te zien dan normaal. Een<br />
zonminimum komt eens elf jaar voor.<br />
Er is een erg groot verschil tussen de polen, de evenaar en het Middellandse zeegebied wat betreft<br />
het voorkomen van poollicht (tabel 6.1). In de <strong>“</strong>Noorderlichtzone”, die ligt op 67,5° noorderbreedte is<br />
bijna iedere heldere winternacht een poollicht te zien, terwijl in het Middellandse zeegebied slechts<br />
om de elf 1 of 2 keer een poollicht te zien is. En precies op de evenaar is gemiddeld 1 keer in de 200<br />
jaar een poollicht te zien.<br />
Tabel 6.1 Onderstaand schema geeft het aantal dagen per jaar dat poollicht zichtbaar is in een percentage weer.<br />
Plaats Percentage<br />
Barrow,<br />
Alaska<br />
100<br />
Churchill,<br />
Canada<br />
100<br />
Fairbanks,<br />
Alaska<br />
90<br />
Tromsö,<br />
Noorwegen<br />
90<br />
Kiruna,<br />
Zweden<br />
80<br />
Anchorage,<br />
Alaska<br />
30<br />
Winnipeg,<br />
Canada<br />
20<br />
Calgary,<br />
Canada<br />
18<br />
Oslo 10<br />
Montreal 10<br />
Bangor, VS 9<br />
Edinburgh 8<br />
New York 4<br />
Moskou 3<br />
Denver, VS 3<br />
Melbourne 3<br />
Sydney 1<br />
Kaapstad 0,5<br />
Los Angeles 0,5<br />
Rome 0,1<br />
Mexico-<br />
Stad<br />
0,05<br />
Buenos<br />
Aires<br />
0,01<br />
Tokio 0,01<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
55
Ook in Nederland zijn af en toe Poollichten te zien. Helaas niet erg vaak, omdat ons land zich ver zijn<br />
van de polen bevindt. Ook zijn bij ons de poollichten niet even duidelijk waar te nemen als op de<br />
polen.<br />
De meest recente waarneming van een poollicht in Nederland was op 19 december 2006 (afbeelding<br />
6.14 en 6.15). De verwachting is dat er in Nederland pas in 2010 weer een poollicht te zien zal zijn,<br />
omdat we op dit moment in een zonneminimum zitten.<br />
Afb. 6.15 Poollicht in Nederland.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
56<br />
Afb. 6.14
6.5 Conclusie<br />
In de 17 de eeuw gaf Galileo Galilei de wetenschappelijke naam aan het kleurverschijnsel in<br />
de lucht.<br />
Pas halverwege de 18 de eeuw begon men met het onderzoeken van het poollicht. Er werden<br />
echter incorrecte theorieën bedacht over het ontstaan van het poollicht.<br />
In de 19 de eeuw kwam een engelsman erachter dat de zon een invloed heeft op de<br />
magnetosfeer van de aarde. Hierna werden er goede bewijzen gevonden voor de theorieën<br />
die bedacht waren. Verschillende wetenschappers zoals Hendrik Antoon Lorentz en Sir.<br />
Edward Sabine kwamen steeds meer te weten over wat er zich precies achter het poollicht<br />
verschuild. Met de komst van de kwantummechanica, in de 20 ste eeuw, werd de theorie<br />
achter de verschillende kleuren van het poollicht achterhaald.<br />
Tegenwoordig wordt er onderzocht of men zelf poollicht kan op kan wekken. Op een kleine<br />
schaal wordt geprobeerd het poollicht na te bootsen.<br />
In het heelal wordt er onderzocht of poollicht zich ook voor doet op andere planeten. Op de<br />
planeten Jupiter, Saturnus en Mars is dit al ontdekt. Verder houdt men de zon en de<br />
magnetosfeer goed in de gaten.<br />
Poollicht kan overal gezien worden, alleen zal het in verschillende gebieden vaker<br />
voorkomen dan anderen. In de landen die op de evenaar liggen is het poollicht zelden te zien<br />
maar de landen bij de polen zoals Canada krijgen dit verschijnsel vele nachten te zien.<br />
Poollicht is in Nederland niet vaak te zien omdat ons land te ver van de Polen af ligt. Het<br />
poollicht is in september 2006 voor het laatst gesignaleerd.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
57
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
58<br />
Experiment
7.0 Experiment met licht<br />
7.1 Onderzoeksvraag<br />
Net als de Amerikanen en Samuel Von Triewald willen wij met ons experiment onderzoeken of het<br />
poollicht door ons zelf ook op te wekken is.<br />
De verschillende eigenschappen voor het creëren van poollicht hangen samen met dit experiment. Er<br />
wordt op dezelfde manier licht geproduceerd zoals het bij poollicht gebeurt, alleen op een kleine<br />
schaal.<br />
Hierbij moet wel goed rekening gehouden worden met de verschillende theorieën van onderzoekers.<br />
Er moet een vergelijkbare verklaring zijn voor ontstaan van het poollicht in het experiment.<br />
Onderzoeksvraag:<br />
Hoe kan men zelf poollicht opwekken?<br />
7.2 Hypothese<br />
We verwachten dat er door middel van het schieten van elektronen in een lage druk, een<br />
lichtverschijnsel ontstaat.<br />
De lage druk is nodig voor het versnellen van de elektronen. Door een hogere druk zouden ze direct<br />
botsen met de moleculen in gasvorm. Er wordt dan niet genoeg energie afgegeven om zichtbaar licht<br />
te creëren zonder daar genoeg energie bij af te geven.<br />
De energie die vrij komt bij het terugvallen van de elektronen naar hun oorspronkelijke schil in een<br />
molecuul zijn fotonen die op een bepaalde afstand van elkaar vrijkomen, dit is de golflengte.<br />
De kleur van het licht zal afhangen van de elementen waar de elektronen tegenaan botsen.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
59
7.3 Uitvoering<br />
Dit experiment heeft een vrij grote opstelling (afbeelding 7.1). Er is grof geweld nodig om de<br />
elektronen een flinke snelheid te geven. Daarom is een Ruhmkorff, een grote condensator, nodig.<br />
Het zorgt dat de stroomkring in pulsen gesloten wordt en er daardoor hoogspanning ontstaat.<br />
Er worden twee<br />
verschillende<br />
experimenten met<br />
verschillende gassen<br />
uitgevoerd. Er wordt<br />
gebruik gemaakt van<br />
een mengeling van<br />
gassen in onze<br />
atmosfeer en een<br />
aparte ontladingsbuis<br />
met een klein<br />
percentage neon.<br />
Nodig:<br />
-Ontladingsbuis<br />
-Ruhmkorff<br />
-Vacuümpomp<br />
-2 maal statief<br />
-Spanningskastje<br />
-Krokodillenbekjes<br />
-Bekabeling<br />
-Gasontladingsbuis met neon<br />
Tabel 7.1<br />
Benodigdheden: Functie:<br />
Gasontladingsbuis stiksof Opslagruimte met stikstof voor het laten versnellen van<br />
elektronen<br />
Ruhmkorff Creëert hoogspanningspulsen<br />
Vacuümpomp Creëert een lage druk<br />
2 maal statief Versteviging van de positie van de ontladingsbuis<br />
Spanningskastje Spanningsbron<br />
Krokodillenbekjes Het contact tussen de bekabeling en de ontladingsbuis<br />
Bekabeling Het aansluiten van alle componenten<br />
Gasontladingsbuis neon Opslagruimte met neon voor het laten versnellen van<br />
elektronen<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
60<br />
Afb. 7.1
7.4 Opstelling<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
AC<br />
Vacuümpomp<br />
Gasontladingsbuis<br />
Ruhmkorff<br />
DC<br />
61
7.5 Experiment<br />
Om een lage druk te kunnen creëren wordt er gebruik gemaakt van een vacuümpomp. De pomp<br />
zuigt de moleculen uit de ontladingsbuis, waardoor er minder deeltjes in het gehele volume<br />
voorkomen. Dit verschijnsel wordt lage druk genoemd.<br />
Bij de uitvoering van het eerste experiment werd eerst de ontladingsbuis zo goed mogelijk luchtledig<br />
getrokken. De luchtdruk nam hierbij af. Vervolgens is het spanningskastje aangezet en werd het<br />
circuit opgeladen.<br />
De Ruhmkorff vormt bij contact hoogspanning. Deze impuls gaat door de ontladingsbuis en forceert<br />
de elektronen in een bepaalde richting te bewegen.<br />
Het was niet nodig om de gasontladingsbuis met neon luchtledig te maken. Deze buis is luchtdicht<br />
afgesloten en binnenin bevind zich een lage luchtdruk. De ontladingsbuis bevat uitsluitend het gas<br />
neon. Dit tweede experiment was op dezelfde manier als het eerste experiment uit te voeren met als<br />
uitzondering van de vacuümpomp.<br />
7.6 Resultaten<br />
Nadat de instellingen van de Ruhmkorff juist waren ingesteld en de stroomkring ging lopen was het<br />
resultaat van het eerste experiment een paars lichtverschijnsel. Dit is de kleur violet, die ontstaat als<br />
de elektronen in aanraking komen met stikstofmoleculen.<br />
Afb 7.3<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
62<br />
Afb 7.2<br />
Afb.7.4<br />
Bij het tweede experiment ontstond, door het herhalen van het experiment maar dan met<br />
het gas neon, een blauwe gloed (afbeelding 7.4).
7.7 Conclusie<br />
Met dit onderzoek hebben we de theorie achter het lichtverschijnsel kunnen bewijzen. De foto’s<br />
tonen aan dat dit lichtverschijnsel inderdaad ontstaat. De verschillende kleuren ontstaan door de<br />
elementen die in de ontladingsbuis overblijven.<br />
Beantwoording onderzoeksvraag:<br />
Door de elektronen in de ontladingsbuis te versnellen krijgen ze een hoeveelheid kinetische energie<br />
mee. Wanneer het elektron botst tegen een molecuul van het aanwezige element springen de<br />
originele elektronen naar een hoger energieniveau.<br />
De elektronen worden geforceerd om in hun eigen baan terug te gaan. Bij de terugvalling ontstaat<br />
een pakketje energie, een zogenaamde foton. Dit is een pakketje met energie dat een bepaalde<br />
golflengte meekrijgt. Deze golflengte is equivalent aan een kleur die wij mensen zien.<br />
Bij een botsing van een elektron met een stikstofmolecuul ontstaat er bijvoorbeeld een paarse en bij<br />
botsing met neon een blauwe –gloed. Deze kleuren ziet met ook op de natuurkundige spectraalplaat.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
63
8.0 Afsluiting<br />
8.1 Conclusie<br />
Inhoudelijk is poollicht niets anders dan geladen deeltjes die botsen met moleculen in de<br />
atmosfeer. De energie die hierbij vrijkomt is voor de mens zichtbaar als licht.<br />
Samenvattend:<br />
Door reacties in de zon komen er veel geladen deeltjes<br />
vrij die met een grote snelheid het heelal in geschoten<br />
worden.<br />
Door de magnetosfeer van de aarde of een andere<br />
planeet wordt deze stroom deeltjes in banen naar het<br />
hemellichaam geleid.<br />
De deeltjes botsen met moleculen in de atmosfeer<br />
waardoor elektronen een energieniveau opschuiven.<br />
De elektronen willen terug naar hun ‘eigen’ schil en vallen<br />
terug. Hierbij komt energie vrij in de vorm van een foton.<br />
De hoeveelheid energie die vrijkomt staat gelijk aan een<br />
zekere golflengte. De mens ziet een golflengte tussen de<br />
400 en de 800 nanometer als zichtbaar licht. Als de<br />
fotonen stroom deze hoeveelheid energie meekrijgt<br />
wordt voor ons het ‘poollicht’ zichtbaar.<br />
Afb. 8.1<br />
Vroeger waren mensen vooral bang voor poollichten. Andere volken fascineerde het. Zij<br />
gaven er een mooie betekenis aan. Tegenwoordig beschouwt men het als natuurkundig<br />
verschijnsel.<br />
In de afgelopen eeuwen hebben verschillende belangrijke wetenschappers een bijdrage<br />
kunnen leveren achter de achterliggende theorie van het poollicht.<br />
Afb. 8.2<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
64
8.2 Begrippenlijst<br />
Atmosfeer 1 Gassen boven planeetoppervlak.<br />
CME 2 Coronal Mass Ejection – Plasma uitbarsting in bel-vorm.<br />
Elektronen 3 Negatief geladen deeltjes.<br />
Gravitatie 4 Aantrekkingskracht door massa van een hemellichaam.<br />
Heliosfeer 5 Het gebied in het heelal waar de zon invloed op heeft.<br />
Kernenergie 6 Energie die vrijkomt bij versmelting van molecuukernen.<br />
Kwantummechanica 7<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
De theorie achter de atomen.<br />
Luchtdruk 8 Aantal gasmoleculen per m 3 .<br />
Magnetosfeer 9 Het gebied om een planeet waar magnetisme heerst.<br />
Neutrino’s 10 Ongeladen deeltje zonder wisselwerking met materie.<br />
Peta 11 1 x 10 15<br />
Watt 12 Eenheid van energie in Joule per seconden.<br />
Poollicht 13 Gekleurde gloed aan de hemel op een planeet.<br />
Schil 14 Energieniveau van atoom, afstand van elektron tot kern.<br />
15 `<br />
Spectrum<br />
De schaal aan elektromagnetische straling.<br />
Veldlijnen 16 De richting waarin een kracht werkt.<br />
Zonnecyclus 17 Periode van 11 jaar met verhoogde activiteit van de zon.<br />
Zonnestelsel 18 Verzameling planeten rond een actieve ster.<br />
Zonnevlammen 19 Plasmauitbarstingen aan het oppervlak van de zon.<br />
Zonnevlek 20 Gebied op de zon waar een zonnevlam ontstaat.<br />
Zonnewind 21 Verzameling geladen deeltjes in het heelal.<br />
65
8.3 Bronnen<br />
Deelvraag 1<br />
http://chandra.harvard.edu/photo/2007/jupiter/<br />
http://www.answers.com/topic/europa<br />
http://www.scholieren.com/werkstukken/18612<br />
http://www.astronomie.nl/beeldbank.php?cat=43&img=453<br />
http://www.europlanetarium.be/view.php?id=448<br />
http ://www.infoster.be/negepl/sol.html<br />
http ://www.urania.be/sterrenkunde/waarnemen/poollicht/poollicht20031030.php<br />
Deelvraag 2<br />
http ://www.xs4all.nl/~carlkop/auralern.html<br />
http ://www.kennislink.nl/web/show ?id=111916<br />
<strong>“</strong>Chemistry” Redactie Zumdahl zesde druk<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> 6 VWO magnetisme<br />
Natuurkunde Overal 5 VWO<br />
Deelvraag 3<br />
http://allesoversterrenkunde.nl/content.shtml?http://allesoversterrenkunde.nl/cgibin/scripts/db.cgi?db=nieuws&uid=default&ID=1756&ww=1&view_records=1<br />
http://www.spacepage.be/content/view/1352/53/<br />
http://www.spacepage.be/content/view/798/53/<br />
http://www.infoster.be/negepl/jupite.html<br />
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/manen-groot.php<br />
http://allesoversterrenkunde.nl/content.shtml?http://allesoversterrenkunde.nl/cgibin/scripts/db.cgi?db=nieuws&uid=default&ww=on&ID=582&view_records=1<br />
http ://nl.wikipedia.org/wiki/Zonnevlek<br />
http ://www.sterrenkunde.nl/index/encyclopedie/kometen.html<br />
Deelvraag 4<br />
http ://www.nrc.nl/W2/Lab/Profiel/DeZon/<br />
http ://www.kennislink.nl/web/show ?id=173939<br />
<strong>“</strong>Doorbraken in de Natuurkunde” Redactie Machiel Keestra<br />
Binas vijfde druk<br />
Binas tweede druk<br />
Natuurkunde Overal 5 HAVO<br />
Deelvraag 5<br />
http://nl.wikipedia.org/wiki/Mars_(planeet)#Atmosfeer<br />
http://www.xs4all.nl/~ghsimons/uranus.htm<br />
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/uranus.php<br />
http://www.infoster.be/negepl/jupite.html<br />
http://allesoversterrenkunde.nl/cgibin/scripts/db.cgi?db=nieuws&uid=default&ID=837&mail_records=1&ww=on<br />
http ://users.pandora.be/hhc.tervuren/DELP/oplossingzonnestelsel.htm<br />
http ://nl.wikipedia.org/wiki/Neptunus_%28planeet%29<br />
http ://www.spacepage.be/index.php ?option=com_content&task=view&id=1338&Itemid=53<br />
http://nl.wikipedia.org/wiki/Pluto_(dwergplaneet)<br />
http://www.urania.be/sterrenkunde/zonnestelsel/terrestrische.php<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
66
Deelvraag 6<br />
http://www.nieuwsblad.be/Article/Detail.aspx?articleID=g1mfg9kc<br />
http://www.njrs.nl/?nav=themas&sub=sterrenkunde&bericht_id=81<br />
http://www.pgserve.demon.nl/Astro/jupiter.htm<br />
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/press-release-details.cfm?newsID=542<br />
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/press-release-details.cfm?newsID=542<br />
http://www.saturntoday.com/news/viewpr.html?pid=16180<br />
http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2005/12/12_mars.shtml<br />
http://www.astronomie.be/forum/viewtopic.php?p=420&sid=e408e9f4141c1554a70b289a276a8b8<br />
b<br />
<strong>“</strong>Zo doen wij dat” Vaardighedenboekje<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
67<br />
Afb. 8.3
8.4 Interview met Mevrouw Damen van de Leidse Universiteit.<br />
We hebben een interview gehouden met<br />
mevrouw Maaike Damen. Zij doet<br />
sterrenkundig onderzoek en heeft voor ons<br />
een aantal vragen beantwoord. Mevrouw<br />
8.4.1 Vragen<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
68<br />
Damen heeft ons illustraties met duidelijke<br />
informatie gegeven die goed passen bij het<br />
interview.<br />
Hoe lang doet u al sterrenkundig onderzoek?<br />
Ruim twee jaar geleden ben ik begonnen met professioneel onderzoek. Ik bestudeer het<br />
ontstaan en de ontwikkeling van sterrenstelsels zoals onze Melkweg.<br />
Op 19 december 2006 is het Noorderlicht voor het laatste gesignaleerd in Nederland. Heeft<br />
u het gezien? Of heeft u er iets van gehoord?<br />
Helaas heb ik het gemist! Ook verder noordelijk heb ik het poollicht nog nooit gezien.<br />
Per jaar is het poollicht ongeveer 6 dagen(!) in Nederland zichtbaar, maar het is bijna nooit<br />
zo mooi als wanneer je het in het verre Noorden ziet.<br />
Denkt u dat er nog veel onduidelijkheden zijn over de aurora’s, die nog moeten worden<br />
opgelost? Zo ja, wat zou er onderzocht moeten worden?<br />
Ik ben geen expert op dit gebied, maar ik denk dat we een duidelijk beeld hebben van<br />
aurora’s. We kunnen de kleuren en locatie verklaren en zelfs voorspellen wanneer er een<br />
periode van veel poollicht aankomt. Als jullie hier meer details over willen weten, kan ik hier<br />
nog dieper op in gaan. Laat het me maar weten.<br />
Het raadsel poollicht hebben we dus redelijk opgelost. Maar behalve dat een aurora van<br />
zichzelf een heel interessant verschijnsel is, kan het ons ook meer vertellen over de zon en<br />
onze atmosfeer. Het poollicht geeft ons een direct signaal van heftige processen die zich op<br />
het oppervlak van de zon afspelen. Ook ontstaan aurora’s hoog in de atmosfeer. Door een<br />
aurora te bestuderen, kunnen we dus informatie krijgen over de zon en onze atmosfeer.<br />
Afb. 8.4
Met wat voor sterrenkundige onderzoeken bent u vooral bezig?<br />
Zoals ik zei onderzoek ik het ontstaan van sterrenstelsels. Een sterrenstelsel is een<br />
verzameling van miljoenen sterren, zoals bijvoorbeeld onze eigen melkweg. Er zijn nog veel<br />
raadsels over het ontstaan van alle sterrenstelsels en hoe het kan dat ze zo groot en zwaar<br />
zijn. Dat probeer ik op te lossen.<br />
Het is tegenwoordig bekend dat er ook op andere planeten poollichten zijn ontdekt.<br />
Verder zijn er nog onderzoeken gaande. Weet u hier meer over?<br />
Helaas weet ik hier niet van. Het poollicht op aarde ontstaat doordat ons magnetisch veld<br />
kleine deeltjes, afkomstig van de zon, afbuigt, waarna die deeltjes in onze atmosfeer het<br />
poollicht doen ontstaan. Op elke andere planeet met een magnetisch veld en een atmosfeer<br />
zou dus in principe poollicht mogelijk kunnen zijn.<br />
Hoe ontstaat uit de zon een zonnewind?<br />
Aurora’s ontstaan ondermeer door zonnewind. Wat is in uw woorden een zonnewind?<br />
Het oppervlak van de zon is heel onstuimig. Er zijn verschillende effecten die de deeltjes aan<br />
the oppervlak tot grote hoogten doen opstijgen. Deze deeltjes worden tot een miljoen graden<br />
opgewarmd en sommige krijgen hierdoor zo’n hoge snelheid dat ze ontsnappen. De stroom<br />
van ontsnapte zonnedeeltjes noemen we zonnewind.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
Afb. 8.5 Aan het oppervlak van de zon vindt een uitbarsting van<br />
zonnedeeltjes plaats. De deeltjes vormen een zonnewind richting<br />
aarde. De paarse lijnen stellen het magnetisch veld van de aarde<br />
voor die de deeltjes in bepaalde banen leiden<br />
Wat doet een zonnewind precies met ons hemellichaam?<br />
Het effect van een zonnewind op de zon is niet zo heftig. Het massaverlies lijkt behoorlijk: 10<br />
miljard kg per jaar. Maar als je dat bekijkt over de hele leeftijd van de zon, is de zon door de<br />
zonnewind slechts 0.1% van haar massa verloren.<br />
Vindt een zonnewind vaak plaats? Zo ja, hoe vaak ongeveer?<br />
Zonnewind ontstaat continu, alleen is het niet altijd even heftig. Dit staat in verband met iets<br />
wat we zonnevlekken noemen (afbeelding 8.3). Zonnevlekken zijn donkere vlekken aan het<br />
oppervlak van de zon en op een zonnevlek is de activiteit van de zon het heftigst. Het<br />
oppervlak van de zon is voortdurend in beweging en zo gebeurt het dat de zonnevlekken van<br />
boven naar beneden over de zon trekken. Als ze op de evenaar zijn is de activiteit het grootst,<br />
zijn de zonnevlekken heftiger en zien we dus meer poollicht. Wat zonnevlekken precies zijn en<br />
hoe ze ontstaan is nog een groot raadsel!<br />
69
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
70<br />
Afb 8.6 Zonnevlekken als zwarte puntjes<br />
Waar is de heliosfeer bij een zonnewind precies voor nodig en wat doet die?<br />
De heliosfeer 5 is het hele gebied waar de zonnewind zich bevindt en zijn invloed op uitoefent<br />
(afbeelding 8.4). De volgende figuur laat duidelijk zien hoe groot de heliosfeer (heliosphere)<br />
wel niet is. Ver buiten Pluto is het effect van de zonnewind dus nog steeds merkbaar. Ga je<br />
nog verder van de zon af, dan kom je in de buurt van andere sterren en daar vind je geen<br />
zonnedeeltjes meer. Buiten de heliosfeer en tussen de andere sterren zijn maar weinig<br />
deeltjes te vinden. Al deze deeltjes bij elkaar noemen we het interstellaire medium<br />
(interstellar medium). De heliosfeer ‘doet’ dus niet zoveel het is alleen de naam van de bol<br />
waarbinnen we zonnewind aantreffen.<br />
Dat was het.. veel succes met het uitwerken hiervan en de rest van jullie werkstuk en als er nog<br />
vragen zijn, dan hoor ik het graag!<br />
Afb. 8.7
8.5 Problemen<br />
- Informatie Binas niet accuraat.<br />
- De vacuümpomp was niet sterk genoeg.<br />
- De magneetsensor was kapot.<br />
- Samenwerking.<br />
- Afwezigheid Leon.<br />
- Tijdens het experiment ontving Daniëlle elektrische schokken.<br />
8.6 Dankwoord<br />
Wij willen Dhr. G. Broers speciaal bedanken.<br />
Hij is een geweldige hulp voor ons geweest bij de opstelling van het experiment en het meedenken<br />
over de theorieën.<br />
Dhr. Veenstra heeft ons, door zijn functie als begeleider, in de goede richting gestuurd.<br />
Dhr. Vunderink (natuurkundige) heeft ons flink op weg geholpen met de theorie over poollicht.<br />
Maaike Damen (sterrenkundige) heeft ons duidelijk gemaakt wat er zich in het heelal afspeelt<br />
voordat er een poollicht op een planeet te zien is.<br />
Als laatst willen we de heer F. Weggelaar bedanken voor het keurig afdrukken van dit enorme<br />
verslag.<br />
Allen bedankt.<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
71
8.7 Logboek<br />
Tijdens het onderzoeken is een logboek bijgehouden<br />
met het aantal werkuren exact ingevuld. Ook andere<br />
informatie zoals de activiteit en de datum zijn<br />
weergeven.<br />
Leon<br />
Tabel 8.1<br />
Aantal Minuten Datum Tijd Activiteit<br />
75 7-sep 14:50 - 15:30 Onderzoek onderwerp<br />
120 20-sep 21:45 - 23:45 Onderzoek onderwerp<br />
120 24-sep 14:15 - 16:15 Vorming Taakverdeling<br />
30 9-okt 12:30 - 13:00 Voortgangsgesprek<br />
120 15-okt 20:00 - 22:00 Vooronderzoek Interview<br />
360 16-okt 13:30 - 19:30 Interview Natuurkundige en Uitwerking<br />
300 1-nov 17:15 - 22:15 Uitwerking Interview<br />
120 5-nov 19:30 - 21:30 Vorming Samenvatting Interview<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
72<br />
Afb. 8.8<br />
120 6-nov 14:30 - 16:30 Onderzoek Theorie en Voortgangsgesprek<br />
240 7-nov 18:30 - 22:30 Onderzoek Theorie<br />
360 10-nov 17:30 - 23:30 Onderzoek Deelvraag 2<br />
360 16-nov 15:30 - 21:30 Onderzoek Deelvraag 2<br />
360 17-nov 18:30 - 00:30 Beantwoording Deelvraag 2<br />
270 19-nov 12:00 - 16:30 Onderzoek Deelvraag 4<br />
180 20-nov 13:30 - 16:30 Onderzoek Deelvraag 4<br />
210 21-nov 15:00 - 18:30 Beantwoording Deelvraag 4<br />
330 23-nov 17:00 - 22:30 Opmaak<br />
180 24-nov 19:00 - 22:00 Opmaak<br />
300 25-nov 18:00 - 23:00 Opmaak<br />
360 26-nov 17:00 - 23:00 Opmaak<br />
360 27-nov 14:00 - 20:00 Opmaak<br />
480 28-nov 18:30 - 02:30 Afronding<br />
Totaal min. 5255 Totaal uren 87,6
Daniëlle<br />
Tabel 8.2<br />
Aantal minuten Datum Tijd Activiteit<br />
75 7-sep 14:15 - 15:30 Onderzoek onderwerp<br />
50 17-sep 12:10 - 13:00 Evalutatie experiment<br />
60 18-sep 20:00 - 21:00 Notitie hoofd- en deelvragen<br />
50 21-sep 9:20 - 10:10 Opmaak taakverdeling<br />
50 24-sep 12:10 - 13:00 Uitwerkingen taakverdeling<br />
60 16:00 - 17:00 Onderzoek sterrenkundige<br />
90 30-sep 16:30 - 18:00 Vooronderzoek experiment<br />
60 19:45 - 20:45 Vooronderzoek experiment<br />
50 1-okt 15:05 - 15:55 Gesprek met TOA<br />
120 19:30 - 21:30 Contact sterrenwacht<br />
50 2-okt 12:10 - 13:00 Test experiment<br />
135 14:15 - 16:30 Uitvoering experiment<br />
50 5-okt 15:05 - 15:55 Vorming interviewen<br />
90 19:30 - 21:00 Uitwerking experiment<br />
210 7-okt 14:00 - 17:30 Afronding interview<br />
90 8-okt 9:00 - 10:30 Contact natuurkundige en sterrenkundige<br />
50 12:10 - 13:00 Voortgangsgesprek groep<br />
30 9-okt 12:30 - 13:00 Voortgangsgesprek<br />
75 16-okt 13:30 - 14:45 Interview Natuurkundige<br />
390 3-nov 11:00 - 15:30 Onderzoek deelvraag 6<br />
30 6-nov 12:30 - 13:00 Voortgangsgesprek<br />
90 15:00 - 16:30 Onderzoek deelvraag 6<br />
135 21:00 - 23:15 Onderzoek deelvraag 6<br />
90 7-nov 14:00 - 15:30 Onderzoek deelvraag 6<br />
270 11-nov 13:00 - 17:30 Beantwoording deelvraag 6<br />
150 20:00 - 22:30 Beantwoording deelvraag 6<br />
150 18-nov 13:30 - 16:00 Onderzoek deelvraag 4<br />
100 19-nov 8:30 - 10:10 Onderzoek deelvraag 4<br />
50 20-nov 10:10 - 11:00 Beantwoording deelvraag 4<br />
90 14:30 - 16:00 Beantwoording deelvraag 4<br />
240 21-nov 13:30 - 17:30 Bewerkingen<br />
150 22-nov 15:00 - 17:30 Vorming Logboek<br />
240 19:00 - 23:00 Controles<br />
330 23-nov 17:00 - 22:30 Opmaak<br />
50 27-nov 12:10 - 13:00 Opmaak<br />
150 15:00 - 17:30 Opmaak<br />
Totaal min. 4070 Totaal uren 67,8<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
73
Franka<br />
Tabel 8.3<br />
Aantal Minuten Datum Tijd Activiteit<br />
75<br />
7-sep<br />
14:15-15:30 Onderzoek Onderwerp<br />
60<br />
10-sep<br />
9:30-10:30 Onderzoek Onderwerp<br />
50<br />
17-sep<br />
12:10-13:00 Evaluatie Experiment<br />
120<br />
22-sep<br />
13:00-15:00 Onderzoek Experiment<br />
135<br />
2-okt<br />
14:15-16:30 Experiment<br />
120<br />
5-okt<br />
16:00-18:00 Verwerking Experiment<br />
50<br />
8-okt<br />
12:10-13:00 Voortgangsgesprek Groep<br />
30<br />
9-okt<br />
12:30-13:00 Onderzoek Deelvraag 1<br />
90<br />
14-okt<br />
13:30-15:00 Onderzoek Deelvraag 1<br />
180<br />
15-okt<br />
13:00-17:00 Onderzoek Deelvraag 1<br />
195<br />
17-okt<br />
18:30-21:45 Onderzoek Encyclopedie<br />
180<br />
18-okt<br />
12:30-15:30 Beantwoording Deelvraag 1<br />
150<br />
19-okt<br />
19:00-21:30 Beantwoording Deelvraag 1<br />
255<br />
20-okt<br />
13:15-17:30 Beantwoording Deelvraag 1<br />
135<br />
23-okt<br />
18:30-20:45 Onderzoek Afbeeldingen<br />
105<br />
27-okt<br />
15:15-17:00 Onderzoek Afbeeldingen<br />
150<br />
31-okt<br />
14:30-17:00 Contact Sterrenkundige<br />
240<br />
2-nov<br />
11:00-15:00 Onderzoek Afbeeldingen<br />
90<br />
5-nov<br />
9:00-10:30 Onderzoek Deelvraag 6<br />
30<br />
6-nov<br />
12:30-13:00 Onderzoek Deelvraag 6<br />
105<br />
9-nov<br />
16:15-18:00 Onderzoek Deelvraag 6<br />
120<br />
150<br />
165<br />
14-nov<br />
15-nov<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
19:00-21:00 Evaluatie Interview Sterrenkundige<br />
15:00-17:30 Voorbereiding Interview Sterrenkundige<br />
18:45-21:30 Beantwoording Deelvraag 6<br />
210<br />
14:00-17:30 Beantwoording Deelvraag 6<br />
105<br />
16-nov<br />
20:30-22:15 Contact Sterrenkundige<br />
90<br />
19-nov<br />
20:30-22:00 Verwerking Interview Sterrenkundige<br />
180<br />
21-nov<br />
14:00-17:00 Beantwoording deelvraag 6<br />
90<br />
23-nov<br />
15:30-17:00 Opmaak<br />
165<br />
24-nov 11:00-13:45<br />
Opmaak<br />
115 29-nov<br />
8:00-9:45<br />
Vorming Logboek en Bronnenlijst<br />
40<br />
9:50-10:30<br />
Opmaak<br />
Totaal min. 3330<br />
Toraal uren 54<br />
74
9.7 Werkverdeling<br />
Hoofdvraag:<br />
Beantwoording en onderzoek (met behulp van internet en conclusies van onderzoek en deelvraag).<br />
Leon<br />
Deelvragen:<br />
1. Historie van de poollichten.<br />
- Wat vond de mens er van en wat voor betekenis hadden/hebben deze verschijnselen.<br />
- Wanneer en waar hebben er signalisaties plaats gevonden en vanaf wanneer werden deze<br />
signalisaties genoteerd?<br />
- Wanneer was er voor het laatst een aurora gesignaleerd?<br />
Franka<br />
2.Poollicht Inhoudelijk<br />
- De definitie en de werking<br />
- Wat is de link tussen de magnetosfeer en de aurora´s?<br />
3. Relatie poollicht en zon.<br />
- Definitie zonnewind<br />
- Wat kan/doet zonnewind?<br />
- Ionen<br />
- Wat gebeurd er met de magnetosfeer van een hemellichaam als zonnewind het treft?<br />
Daniëlle<br />
4.Verschillende kleuren<br />
- De verschillende kleuren die kunnen ontstaan?<br />
- Wat is de conditie van de atmosfeer?<br />
- Definitie van de luchtdruk en de link.<br />
5. Poollicht op verschillende hemellichamen<br />
- Saturnus<br />
- Jupiter<br />
- misschien meer<br />
- Wat voor magnetosfeer is daar aanwezig?<br />
- Wat gebeurd er daar met de magnetosfeer?<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
75<br />
Leon<br />
Leon<br />
Daniëlle
6. Onderzoeken naar Poollicht<br />
- Huidige onderzoeken naar poollicht<br />
- Historische onderzoeken naar poollicht<br />
- Waarnemingen<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
76<br />
franka<br />
Experiment (nabootsing)<br />
- Evaluatie experiment: Franka en Daniëlle<br />
- Opzet + Test: Franka en Daniëlle<br />
- Onderzoek: Leon, Franka, Daniëlle<br />
- Verwerking resultaten: Leon<br />
- Conclusie vorming: Leon<br />
Interview deskundige<br />
- Vorming interview: Daniëlle, Franka<br />
- Contact Mvr. Stekelenburg: Daniëlle<br />
- Interview: Daniëlle, Leon<br />
Verslag:<br />
- Opmaak Leon<br />
- Vorming verslag: Leon, Daniëlle, Franka<br />
- Verbeteringen Daniëlle
Page intentionally left blank<br />
<strong>Profielwerkstuk</strong> Poollicht<br />
77