De zonne-energie over de zonnevlekkencyclus 24

De zonne-energie over de zonnevlekkencyclus 24

Een vergelijking van de gemiddelde hoeveelheid zonne-energie voor het maximum en voor het minimum van zonnevlekkencyclus 24 met een verrassende uitkomst.

 

Inleiding

Dit onderzoek houdt zich bezig met de vraag of tijdens een zonnevlekken maximum de zon inderdaad actiever is dan tijdens een minimum. Wat me interesseert is de gemiddelde hoeveelheid zonne-energie ook wel TSI genaamd. Er volgt een korte inleiding in zonnevlekken en de de cyclus er van. Daarna zullen we kijken wat de satellieten op geleverd hebben. We zullen zien dat tijdens het maximum de spreiding rond het gemiddelde hoger ligt dan tijdens het minimum. Hierdoor ligt het gemiddelde niet zo heel veel hoger tijdens een maximum. De uitkomsten worden enigszins beïnvloed door tekortkoming in het gebruikte databestand. Tijdens het maximum ontbreekt er veel data waardoor het mogelijk lager scoort dan als de data wel voor handen was. Er zijn suggesties opgenomen voor vervolg onderzoek.

 

Zonnevlekken

 Zonnevlekken zijn relatief donkere vlekken op het oppervlakte van de zon. Zonnevlekken zijn relatief koeler dan hun omgeving. Vandaar dat ze donker afsteken tegen hun omgeving. De oudste waarneming van zonnevlekken stamt uit het Verre Oosten. Ook de oude Grieken namen ze al waar. Ook uit de Middeleeuwen zijn enkele waarnemingen over geleverd. Maar het is pas sinds de uitvinding van de telescoop in 1608 dat men echt begint met het waarnemen van de zonnevlekken. Onder andere Galileo Galilei hield zich hier mee bezig. Al spoedig kwam men er achter dat deze vlekken op de zon zelf zitten en kon men de rotatiesnelheid van de zon bepalen. Het nieuwe aan het waarnemen van zonnevlekken was er al spoedig weer af. Het is pas ruim 200 jaar later dat de Duitse astronoom Samuel Schwaber ontdekt dat de zonnevlekken een cyclus vertonen van een zon waar niet of nauwelijks vlekken zijn naar een zon die overdekt is met vlekken. De vlekkeloze zon noemt men het minimum van de cyclus en een gevlekte zon het maximum. Deze cyclus duurt ongeveer 11 jaar. Sinds deze tijd is men de zon systematisch gaan waarnemen en is men veel meer te weten gekomen over de zonnevlekken cyclus. Figuur 1 geeft een mooi beeld van wat men dan waarneemt.

Sunspot_butterfly_graph

Figuur 1 – De zonnevlekken cycli 12 tot en met 24

Je ziet dat de vlekken een vlinderpatroon vertonen. Ook is goed te zien dat de ene cyclus meer vlekken heeft dan de andere. Men neemt aan dat dit samen hangt met een verschil in activiteit. De zonnevlekken hebben een nummer gekregen. De meeste recente cyclus is nummer 24. Daar zal ik me bezig houden. Men gaat er vanuit dat de zonne-activiteit tijdens het zonnevlekken maximum hoger is dan tijdens het minimum. Een hogere activiteit uit zich bijvoorbeeld in meer en spectaculaire uitbarstingen van poollicht. Ook neemt men aan dat een hogere zonne-activiteit invloed heeft op het klimaat op Aarde. In de volgende paragraaf zullen kijken wat het verband is tussen de zonnevlekken cyclus en de zonne-energie ook wel TSI genaamd.

 

Zonnevlekken en zonne-energie TSI

Men neemt in het algemeen aan dat er een verband is tussen de zonnevlekken cyclus en de hoeveelheid zonne-energie. Zonne-vlekken kan men al sinds het begin van de 17e eeuw waarnemen. Dat is niet moeilijk. Met een telescoop en en projectie methode is dit prima te doen. Het waarnemen van de hoeveelheid zonne-energie is een stuk lastiger. Het is pas sinds het satelliet tijdperk dat hier een serieus begin mee is gemaakt. Figuur 2 geeft weer hoe dit er uitziet;

AcrimSat_Auto5

Figuur 2 – Zonne-energie TSI in het satelliet tijdperk

Het plaatje geeft de hoeveelheid zonne-energie weer sinds 1979. Het geeft een beeld over de laatste 4 zonnevlekkencycli. Het zijn tijdreeksen van verschillende satellieten met verschillende meetinstrumenten die op een verschillende manier zijn berekend. Daardoor lijkt het of de zonne-activiteit de laatste decennia flink gedaald is maar dat is dus niet zo. Voor iedere reeks is goed te zien waar de minima liggen. Daar is weinig spreiding rond de gemiddelde waarde die iets lager lijkt te zijn dan de tijdens de maxima. Tijdens de maxima lijkt de hoeveelheid zonne-energie iets hoger te zijn maar men kan ook zien dat er behalve de uitschieters naar boven ook flink wat uitschieters naar beneden zijn. Deze halen de gemiddelde waarde van de hoeveelheid zonne-energie flink omlaag. Het is niet duidelijk of de zonne-activiteit veranderd is en in welke richting of mate. Wat ik nu graag wil weten is of de gemiddelde hoeveelheid zonne-energie tijdens de maxima groter is dan tijdens de minima. Hierover gaat de volgende paragraaf. Deze vraag is onderzocht voor zonnevlekken cyclus nummer 24. En de data is van het SORCE TIM project.

 

Zonnevlekkencyclus nummer 24

Laat ik eerst maar eens weergeven hoe de laatste zonnevlekken cyclus met nummer 24 er uit ziet wat betreft het aantal zonnevlekken. Tijdens het minimum voor de cyclus waren er een tijdlang helemaal geen vlekken te zien. Het minimum deed zich voor in 2008. Tijdens het maximum van cyclus 24 dat zich voor deed in 2014 waren er niet zo veel vlekken als tijdens de vorige cyclus 23. Zie  figuur  3;

solar-cycle-sunspot-number-2017-03

Figuur 3 – Zonnevlekken voor cyclus nummer 24

Wat we willen weten is de hoeveelheid zonne-energie over cyclus nummer 24. Ik maak gebruik van de data die in het SORCE TIM project is verzameld over de periode 2003 tot en met 2017. Daarbij wil ik zowel weten of en hoeverre de zon actiever was tijdens het maximum maar wil ik ook weten of de Aarde tijdens het maximum meer zonne-energie kreeg dan tijdens het minimum. In figuur 4 is weer gegeven hoe de hoeveelheid zonne-energie die de Aarde ontvangt varieert per jaar (de rode lijn). Dit hangt samen met het feit dat de baan van de Aarde om de zon geen cirkel is maar een ellips. Op de kortste afstand tot de zon krijgt de Aarde meer zonne-energie dan op de langste afstand. Tijdens de kortste afstand krijgt de Aarde ca. 1408 W/m2 en op de langste afstand is dit ca. 1315 W/m2. De blauwe lijn geeft aan hoe de zonne-energie varieert als je het omrekent naar de standaard afstand van 1 Aardse Eenheid (AE). De laagste waarde die je dan vindt is ca 1357 W/m2 en de hoogste waarde is ca 1362 W/m2. Dit zijn de extremen maar voor klimaatonderzoek zijn het de gemiddelden die tellen. Dit is in deze figuur niet erg goed te zien.

tsi-sorce-tim

Figuur 4 – TSI op 1 AE en daadwerkelijk

Vandaar dat ik figuur 5 heb gemaakt. De rode lijn is weg gelaten en de blauwe lijn is uitvergroot weergeven. Nu is duidelijk het verschil te zien tussen het maximum en het minimum van cyclus 24. Duidelijk is te zien dat tijdens het minimum in 2008 er maar weinig spreiding is rond de gemiddelde waarde terwijl er voor het maximum in 2014 juist veel spreiding is rond het gemiddelde. Er zijn zowel flinke uitschieters naar boven die het gemiddelde omhoog helpen als wel flinke uitschieters naar beneden die het juist omlaag helpen.

graf1-tsi-ae

Figuur 5 – TSI op 1 AE over de cyclus nummer 24

Wat ik nu wil weten is wat het verschil is in de gemiddelde zonne-energie als je het maximum vergelijkt met het minimum. Om dit te kunnen doen het ik voor zowel het minimum als het maximum gekeken naar de gemiddelde hoeveelheid zonne-energie over een periode van 2 jaar voor  en na de gebeurtenis. Ik vergelijk dus de periode 2006 tot en met 2010 dus rondom het minimum met de periode 2012 tot en met 2016 dus rondom het maximum. Dit zowel met de TSI op 1 AE als wel de TSI zo als de Aarde die daadwerkelijk heeft ontvangen over deze perioden. Het resultaat staat in de tabellen I en II;

tab-1-2-tsi

Tabel I – TSI op 1 AE en Tabel II – TSI daadwerkelijk ontvangen

Voor de zonne-energie op 1 AE is de hoeveelheid tijdens de periode rondom maximum net iets hoger dan tijdens het minimum maar veel maakt het niet uit. Het verschil bedraagt slechts 0,65 W/m2. De spreiding tijdens het maximum is inderdaad groter dan tijdens het minimum zoals de standaardafwijking (Stdev) weergeeft. De grootse verrassing levert echter tabel II op. De hoeveelheid zonne-energie is iets hoger tijdens de periode rondom het minimum dan tijdens de periode rondom het maximum. Natuurlijk is de spreiding nu veel groter maar dat hangt samen met de excentriciteit van de baan van de Aarde om de zon. Als men hier rekening mee houdt is de spreiding niets groter dan als men alleen kijkt naar de spreiding van de zonne-energie zelf. Zou dit de oorzaak er van zijn dat men niet of nauwelijks een samenhang vindt tussen de zonnevlekkencyclus en de gemiddelde temperatuur op Aarde? Zou dit kunnen betekenen dat de Aarde tijdens een zonnevlekken maximum niet of nauwelijks of misschien wel minder zonne-energie ontvangt dan tijdens een minimum. Het is goed om dit eens daadwerkelijk te onderzoeken. Men gaat er te makkelijk van uit dat een zon met vlekken actiever is dan een zon zonder vlekken. Maar misschien is een bevlekte zon alleen maar grilliger in haar activiteit dan een onbevlekte zon.

Een paar opmerkingen over de data. Het onderzoek heeft alleen betrekking over zonnevlekken cyclus 24 en alleen voor de data van het SORCE TIM project. Over de periode van 31 juli 2013 tot en met 4 maart 2014 ontbreekt de data. De kortste afstand tussen Aarde en de zon is begin januari. Dit zal er toe bijdragen dat de waarde voor de TSI voor de Aarde tijdens het maximum lager uitvalt. Men zou het eigenlijk voor alle dataperioden dienen te onderzoeken zoals die in figuur 2 zijn weer gegeven. Dit zou iets kunnen zijn voor een vervolg onderzoek. De data bestanden zijn onderzocht door ze in het spreadsheet programma van Open Office te plaatsen en dan te analyseren. Dit is prima te doen. Het databestand van SORCE TIM geeft de gemiddelde TSI aan per dag. Maar er ontbreken cruciale perioden in het bestand. Misschien zou men er beter aan doen om gebruik te maken van de composieten van de TSI.

 

Conclusies

Over de duur van een zonnevlekken cyclus zijn er meer vlekken tijdens het maximum dan tijdens het minimum. Men neemt algemeen aan dat tijdens het maximum de zon actiever is dan tijdens het minimum maar is dat ook zo. Als we kijken naar de hoeveelheid zonne-energie dan zien we dat dit beeld enige nuance behoeft. Het blijkt dat de gemiddelde hoeveelheid zonne-energie tijdens een maximum inderdaad hoger is maar dat het verschil met een minimum niet zo heel erg groot blijkt te zijn. De reden is dat tijdens een maximum niet alleen flinke uitschieters naar boven zijn die er toe leiden dat het gemiddelde hoger uitvalt maar ook flink wat uitschieters naar beneden. Dit zorgt er voor dat het gemiddelde tijdens een maximum nauwelijks hoger scoort. Wat wel blijkt is dat de standaardafwijking tijdens het maximum hoger uitvalt dan tijdens een minimum. De zon is niet zo zeer actiever tijdens een maximum maar eerder grilliger dan tijdens een minimum. Het zijn van die typisch dingen die men zonder meer voor waar aan neemt zonder het daadwerkelijk te onderzoeken. Hier aan ziet men maar weer dat een onderzoeker nooit kritisch genoeg kan zijn en dat de science never settled is. Het onderzoek heeft alleen betrekking gehad op cyclus 24 en het gebruikte databestand vertoond gebreken door een langere periode zonder gegevens die precies in het maximum ligt. Misschien dat men andere resultaten vindt met andere databestanden bij voorkeur composieten van de TSI. Daar van bestaan er minstens drie. Het zou een idee zijn voor vervolg onderzoek.

 

Literatuurlijst

Wikipedia – Zonnevlekken

Wikipedia – Zonnecyclus

Wikipedia – Perihelium

KNMI – Invloed van variaties in zonneactiviteit op het klimaat op Aarde

Poollicht.be – Zonnecyclus voortgang

SORCE – Total Solar Radiation Data

PMDO WRC – Solar Constant: Construction of composite

Over Raymond Horstman

Onderzoeker, analist, schrijver. Havo B-pakket, HBO analytische chemie en propedeuse Bestuurskunde aan de Universiteit van Twente. Een brede belangstelling in algemene zaken en een bijzondere interesse in klimaatstudies. Mijn woonplaats wordt door een bekend schrijver die er gewoond heeft omschreven als het "onliefelijk stadje E.". Een bekend dichter had het over het einde van de spoorlijn. Het is een fijne stad om in te wonen. Kort samengevat: E. heeft het!
Dit bericht werd geplaatst in artikel en getagged met , , , , , . Maak dit favoriet permalink.

3 reacties op De zonne-energie over de zonnevlekkencyclus 24

  1. Pingback: De zonnevlekken cyclus en de zonne-energie TSI | Raymond FANTASTische Horstman

  2. Pingback: Vergelijkingen | Raymond FANTASTische Horstman

  3. error zegt:

    While you elect tⲟ freelancе, addіtionally, you will be answerable for your personal schedule.

    Instead of being bound to the 9-to-fіve work day of most law places of work, both
    your every day schedule and your calendar as a cοmplete will be largely up
    to you. Whether or not you want to taҝe day without work, or whether you want to take on a heavier ѡoгkload, fгeelancing wilⅼ
    meet your needs.

    Liked by 1 persoon

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.