De zon: bron van leven, energie en zorg

De zon is ons bekendste en belangrijkste hemellichaam, de bron van alle licht en warmte op aarde. En van het leven: zonder zon zou er eenvoudig geen leven mogelijk zijn, zouden we geen energie en geen voedsel hebben. Bestaat er eigenlijk een aspect van het leven waarin de zon géén rol speelt? Ons slaap- en waakritme, de seizoenen, weer en klimaat, plantengroei en vogeltrek, landbouw en veeteelt, ziekte en gezondheid, voedselvoorziening en energiehuishouding, economie en vrije tijd – werkelijk alles is op de een of andere manier verweven met de zon. Een korte verkenning van deze kolossale gloeiende bol van waterstof- en heliumgas op 150 miljoen kilometer afstand.

De geboorte van een ster
Onze kosmische buurman is eigenlijk een enorme gloeiende gasbol vol straling, magnetisme en kernfusie. Een ster, die net als alle andere sterren een levensloop heeft: een geboorte, een reeks gezonde jaren en uiteindelijk een onvermijdelijke dood. We danken het bestaan van de zon, en daarmee ook óns bestaan, aan een grote wolk van stof en voornamelijk waterstofgas die 4,6 miljard jaar geleden onder zijn eigen zwaartekracht in elkaar begon te vallen. In het midden vormde zich een grote gloeiende bol, een kolkende oceaan met hetere en koelere plekken, met in zijn binnenste een ware energiecentrale. Onze zon was geboren. Uit de resten van de gas- en stofwolk ontstonden de planeten van ons zonnestelsel, die door hun snelheid als stoeltjes van een zweefmolen om de zon heen blijven draaien.

Evaluatie van onze zon, lineair uitgezet in de tijd © Jos van den Broek

In de ‘prille’ atmosfeer van onze planeet zat nog geen zuurstof. Daardoor ontbrak een beschermende ozonlaag en drong veel schadelijke uv-straling van de zon door tot op het aardoppervlak. Het eerste primitieve leven met micro-organismen ontstond waarschijnlijk dan ook diep onder water, buiten bereik van de sterke uv-straling. Op enig moment zijn uit samenklonterende moleculen eencelligen ontstaan die in staat waren om energie uit zonlicht te halen en te gebruiken voor groei: fotosynthese. Omdat hierbij zuurstof vrijkomt, nam het zuurstofgehalte in de atmosfeer alsmaar toe en ontstond een ozonlaag die uv-straling blokkeerde. Organismen stapten over van anaerobe ademhaling naar aerobe ademhaling – het leven op het land ontstond.

Mens en zon

Miljoenen jaren later zorgde het ontbreken van zonlicht voor een andere belangrijke ontwikkeling: een langdurige verduistering, veroorzaakt door de inslag van een gigantische meteoriet, leidde tot afsterven van de vegetatie en het uitsterven van vele diersoorten. Kleine, meestal insectenetende zoogdiertjes slaagden er nog wel in hun maaltijd bij elkaar te scharrelen. Uiteindelijk zijn wij mensen uit die zoogdiertjes geëvolueerd. Zonder die langdurige  zonverduistering hadden we wellicht niet bestaan. Maar nu we er zijn, hebben we de zon hard nodig. Maar naast de positieve effecten heeft de zon ook negatieve effecten op onze gezondheid. Soms lopen die zelfs door elkaar.

Zonnestraling bevat schadelijke uv-straling die huidkanker en rimpels veroorzaakt, huidziekten als lupus erythematosus verergert en de vitamine folaat afbreekt, de natuurlijke vorm van vitamine B11 of foliumzuur. Aan de andere kant kunnen veel huidziekten als psoriasis en eczeem verbeteren door zonlicht en zorgt uv-straling voor de aanmaak van vitamine D, noodzakelijk voor kalkopname, botgroei en botvernieuwing. En zonlicht maakt ons gelukkig. Onder andere door het stimuleren van de aanmaak van de ‘gelukshormonen’ serotonine en ß-endorfine.

Zonne-energie en klimaat
Zon is voor ons mensen ook letterlijk een bron van energie. Met zonnecellen wordt zonlicht direct omgezet in elektriciteit, de zogenoemde ‘zonnestroom’. Zonne-energie heeft zich in de afgelopen vier decennia ontwikkeld tot een belangrijke bouwsteen voor het toekomstige mondiale duurzame energiesysteem. De afgelopen 20 jaar is de prijs van zonnepanelen met een factor 20 gedaald en is het rendement van panelen bijna verdubbeld. Elke drie seconden wordt er in Nederland een zonnepaneel geïnstalleerd. Maar inmiddels worden er ook zonnecellen geïntegreerd in daken, gevels, geluidschermen, carrosserie van auto’s en wegdek. Begin 2021 wordt wereldwijd ongeveer 3,5% van alle opgewekte elektriciteit geleverd door zonnestroomsystemen. In Nederland is dit 7% van het totale elektriciteitsverbruik. Dit zal naar verwachting de komende decennia nog fors doorgroeien. Ook omdat de kosten nog verwachting verder dalen en het rendement zal stijgen naar 30-40% voor commerciële producten, met focus op duurzaamheid en circulariteit. Het wordt een tijdperk van de zon.

De zon beïnvloedt ook op een andere manier het klimaat. Variatie in de energietoevoer van de zon kan klimaatverandering veroorzaken. Ook variatie in het ultraviolette deel van het zonnespectrum kan een rol spelen via veranderingen in het ozongehalte in de hoge atmosfeer. Wijzigingen in de toevoer en afvoer van energie aan de bovenkant van onze atmosfeer bepalen het optreden van mondiale klimaatveranderingen. Zo wordt tijdens een zonnevlekkenmaximum de oostenwind in de tropen sterker. En buiten de tropen zijn er gordels te zien van toe- en afnemende westenwind. De huidige klimaatverandering is echter vooral het gevolg van de uitstoot van broeikasgassen en aerosolen door menselijke activiteiten. De invloed van schommelingen in activiteiten van de zon op klimaatveranderingen is relatief gezien gering en onderdeel van natuurlijke fluctuaties. Zelfs een langdurig inactieve zon, zoals sommigen voorspellen, zal ons niet uit de brand helpen. We zullen zelf aan de bak moeten om onze planeet nog 5 miljard jaar leefbaar te houden.

Nog 5 miljard jaar genieten
Dan is de waterstof die de zon nu met 700 miljoen ton per seconde omzet in helium namelijk op. De zon begint dan de gemaakte heliumatomen samen te smelten tot nog zwaardere elementen zoals koolstof. Het begin van het einde. Door de extra energieproductie zal de zon opzwellen tot een gigantische rode reus die alles in zijn buurt vernietigt. Ook de aarde. De kale kern van de ‘gestorven’ zon die overblijft, zal langzaam maar zeker afkoelen. Het wordt dan een witte dwerg: een dode ster waarin geen kernfusie meer plaatsvindt, maar die nog wel een beetje licht geeft omdat hij zo verschrikkelijk heet is. Hoewel het ‘zonlicht’ nog miljarden jaren schijnt, zal de aarde daar niks van meemaken. Gelukkig hebben we nog genoeg tijd om ervan te genieten, onze vingers te kruisen dat een zonnestorm ons bespaard blijft en hard na te denken over een ontsnappingsplan voor toenemende klimaatveranderingen. Maar ondertussen wel blijven smeren.

Lees het hele verhaal van dit bijzondere hemellichaam dat zover weg is en toch zo dichtbij in het cahier De zon. Verteld door wetenschappers, met een voorwoord van Govert Schilling en een interview met zonneprofessor Kees de Jager.

Meer weten over zonne-energie? In dit artikel geeft hoogleraar Wim Sinke, programmacoördinator Zonne-­energie bij TNO en tevens coauteur van het cahier De zon, antwoord op 15 prangende vragen over zonne-energie.