Polarity-resolved far-side magnetograms based on helioseismic measurements

Waarom het belangrijk is de verborgen kant van de Zon te zien

Ruimteweerstormen van de Zon kunnen satellieten, elektriciteitsnetten en radiocommunicatie op Aarde verstoren. Deze stormen worden veroorzaakt door actieve regio’s—gebieden met intense magnetische velden—op het oppervlak van de Zon. De helft van de Zon die naar de Aarde gericht is zien we heel duidelijk, maar voor de andere helft zijn we feitelijk blind. Deze studie presenteert een nieuwe methode om niet alleen het bestaan, maar ook de magnetische structuur en polariteit (noord–zuidoriëntatie) van actieve regio’s aan de verre kant van de Zon af te leiden, door subtiele trillingen van het zonoppervlak te combineren met metingen van ruimtevaartuigen. Dit brengt ons dichter bij een volledige 360-graden magnetische kaart van de Zon in bijna real time.

Luisteren naar het inwendige van de Zon

De Zon galmt voortdurend met geluidsgolven die door haar inwendige heen weerkaatsen. Wanneer deze akoestische golven door magnetisch actieve gebieden reizen, worden hun looptijden licht vertraagd. Netwerken van telescopen op Aarde, zoals de Global Oscillation Network Group (GONG), registreren deze oppervlakbewegingen en gebruiken "helioseismic holography" om te reconstrueren hoe de golven aan de verre kant zijn verstoord. Al meer dan twee decennia laten deze technieken zien waar sterke actieve regio’s aan de verre kant voorkomen, maar ze konden wetenschappers niet betrouwbaar vertellen welke delen van die regio’s een positieve of negatieve magnetische polariteit hebben. Die ontbrekende informatie is cruciaal voor het modelleren van hoe het magnetische veld van de Zon zich in de ruimte uitbreidt en voor het voorspellen van de banen van zonne-uitbarstingen.

Seismische rimpelingen omzetten in magnetische kaarten

Om deze kloof te dichten combineren de auteurs helioseismische data van GONG met directe magnetische metingen van het SO/PHI-instrument aan boord van de Solar Orbiter, die af en toe grote delen van de verre kant van de Zon kan waarnemen. Ze stellen een dataset van drie jaar samen (2022–2024) waarin verre-zijde seismische kaarten en verre-zijde magnetogrammen ruimtelijk en temporeel overlappen. Een machine-learningsysteem genaamd FASTARR identificeert eerst de omtrekken van verre-zijde actieve regio’s in de seismische kaarten. Binnen die omtrekken vergelijkt het team de sterkte van de seismische faseschommelingen—de kleine tijdsveranderingen in de golven—met de gemeten magnetische veldsterkte. Door honderden duizenden pixels in 190 actieve regio’s te analyseren laten ze zien dat het seismische signaal een stabiele, niet-lineaire relatie volgt met het onderliggende magnetische veld: de faseschuiving neemt snel toe met toenemend veld in zwakkere gebieden en loopt vervolgens geleidelijk vast bij sterkere velden. Deze gekalibreerde curve maakt het mogelijk om elke verre-zijde seismische kaart om te zetten in een benaderende kaart van magnetische veldsterkte.

Het vinden van het magnetische plus en min

Weten hoe sterk het magnetisme is, is slechts de helft van de strijd; modellen voor space weather moeten ook weten hoe het magnetische veld georiënteerd is. Het team benut een eenvoudig maar krachtig patroon: de meeste actieve regio’s hebben twee hoofdmagnetische lobben van tegengestelde teken die naast elkaar liggen. Wanneer ze kijken naar hoe de afgeleide magnetische sterkte langs de lengte van een regio varieert, zien ze vaak een duidelijk dubbelpiekprofiel—één piek per lob. Door elke regio naar zijn beste uitlijning te roteren en twee vloeiende bulten op dit profiel te passen, kunnen ze afleiden waar de grens tussen polariteiten ligt en welke zijde "lead" of "trail" is in de richting van de zonrotatie. Ze combineren deze geometrische informatie vervolgens met de Regel van Hale—een goed geteste vuistregel die aangeeft welke polariteit in elk halfrond zou moeten leiden tijdens een gegeven zonnecyclus—om continu positieve en negatieve tekens over de regio toe te wijzen. Het resultaat is een vloeiende, polariteitsopgeloste magnetische kaart van de verre-zijde regio die direct kan worden vergeleken met SO/PHI-magnetogrammen.

De methode testen tijdens een grote storm

De auteurs testen hun methode op een dramatisch voorval uit mei 2024, toen een cluster van grote actieve regio’s intense zonnevlammen en naar de Aarde gerichte erupties produceerde, wat leidde tot een van de sterkste geomagnetische stormen van Zonnecyclus 25. Toen sleutelregio’s uit het zicht van de Aarde draaiden en op de verre kant kwamen, bleef hun helioseismische techniek de omvang, sterkte en polariteitsstructuur van de magnetische complexen volgen. Waar Solar Orbiter directe verre-zijde magnetogrammen leverde, kwamen de gereconstrueerde kaarten goed overeen met de waargenomen vormen en polariteitspatronen, en legden ze vast hoe de regio’s in stukken braken en verzwakten in de tijd. Kwantitatieve vergelijkingen tonen aan dat de methode de relatieve sterkte en het teken van het magnetische veld met goede nauwkeurigheid reproduceert, vooral in de sterkere delen van de regio’s die het meest van belang zijn voor space weather.

Een stap naar full-sun space-weathervoorspellingen

In wezen toont dit werk aan dat zorgvuldige analyse van de trillingen van de Zon, geleid door fysische regels en gevalideerd door ruimtevaartuigen, zowel de sterkte als de oriëntatie van magnetisme op het halfrond dat we niet rechtstreeks kunnen zien kan herstellen. Door verre-zijde helioseismische kaarten om te zetten in polariteitsopgeloste magnetogrammen met een cadence van zes uur, kan deze methode een lang bestaand blinde vlek in zonmonitoring opvullen. Gecombineerd met traditionele voorzijde-magnetogrammen maakt het meer realistische full-sun invoer mogelijk voor modellen van de corona en de zonnewind, waardoor onze capaciteit verbetert om te anticiperen wanneer en hoe zonnevuren de Aarde en de rest van het zonnestelsel zullen beïnvloeden.

Bronvermelding: Hamada, A., Jain, K., Strecker, H. et al. Polarity-resolved far-side magnetograms based on helioseismic measurements. Sci Rep 16, 13110 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42917-x

Trefwoorden: space weather, solar magnetism, helioseismology, solar active regions, Solar Orbiter