Waarom vertoont de zon een 11-jarige cyclus van zonnevlekken?

Antwoord

     Als beginpunt van de cyclus nemen we de situatie waarbij het magneetveld van de zon poloidaal is. Dat betekent dat de veldlijnen zoals bij de aarde van pool tot pool lopen en dus "vertikaal" staan tegenover de evenaar. Op dat moment zitten we ook in een minimum van zonnevlekken.
     De zon roteert echter differentieel : een punt aan de evenaar doet er enkele dagen minder over om één onwenteling te maken dan een punt dicht bij de polen. Dit is niet alleen zo op het zonoppervlak, maar er onder. Daarbij komt nog het feit dat het magnetisch veld "ingevroren" is, een wat eigenaardige benaming gezien de enorme temperatuur voor het volgende : de magneetlijnen zitten als het ware vast aan het plasma, en als het plasma beweegt bewegen de veldlijnen mee en omgekeerd.
     Door de differentiële rotatie van de zon worden de veldlijnen gaandeweg opgewonden. Het veld gaat langzaam over van poloidaal naar toroidaal. Dit is het zogenaamde omega-proces. Intussen gaan het magnetisch veld zich ook concentreren in min of meer geisoleerde fluxbuizen. In zo'n buis heerst er naast de normale gasdruk ook een extra magnetische druk. Wanneer de druk binnen en buiten de buis in evenwicht is betekent dit dus dat de gasdruk in de buis lager is dan de gasdruk erbuiten, en hetzelfde geldt dus ook voor de dichtheid. De buis wordt daardoor langzaam naar het oppervlak gestuwd, en wanneer de magnetische fluxbuis door het oppervlak breekt ontstaan op die punten zonnevlekken. De lagere druk en dichtheid in zo'n zonnevlek gaan gepaard met een lagere temperatuur in vergelijking met het oppervlak er naast. Een lagere temperatuur betekent vervolgens dat de materie in de zonnevlek minder energie uitstraalt, waardoor ze zwart afsteekt tegenover de rest van het zonneoppervlak.
     De zonnevlekken komen eerst op grotere breedtes op de zon tot stand en daarna ook geleidelijk dichter bij de evenaar zodar het bekende vlinderdiagram ontstaat. Zie bijvoorbeeld op : http://solarscience.msfc.nasa.gov/SunspotCycle.shtml
    Hoe het magnetisch veld uiteindelijk weer poloidaal wordt is nog niet tot in de details begrepen. Dit proces noemt men het alpha-proces. Door een combinatie van rotatie (van de zon) en convectie krijgen de toroidaal gerichte veldlijnen een helixstructuur. Wanneer de hierboven reeds vermelde fluxbuizen naar het zonsoppervlak oprijzen worden ze door de corioliskracht verdraaid. Het toroidaal veld verkrijgt daardoor weer een poloidale component. Uiteindelijk leidt dit weer tot een poloidaal veld, dat een tegengestelde polariteit heeft van het oorspronkelijke.
Zie bijvoorbeeld :
http://www.hao.ucar.edu/research/siv/siv_dynamo.php
http://www.cora.nwra.com/~werne/eos/text/dynamo.html
http://solarscience.msfc.nasa.gov/dynamo.shtml