Geomagnetische Störungen

Die Fluktuationen des Magnetfeldes der Erde auf Zeitskalen von Minuten bis Tagen sind in erster Linie externen Ursprunges, im Wesentlichen durch elektrische Ströme in der Ionosphäre (ein paar Hunderte von Kilometern über der Erdoberfläche) und der Magnetosphäre (mehrere Erdradien über der Erdoberfläche). Um die physikalischen Prozesse in der obersten Atmosphäre und dem erdnahen Weltraum zu verstehen, ist die Erforschung dieser geomagnetischen Störungen, insbesondere für auf die Vorhersage des Weltraumwetters, und -klimas essentiell. Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten gehören:

 1. Variationen bei ruhiger Sonne

Gelegentlich zeigt die Aufzeichnung des geomagnetischen Feldes durch Bodenobservatorien täglich sich sehr ähnelnde und 'glatte' Variationen. Sie werden als geomagnetisch 'ruhige' Tage bezeichnet und korrespondieren mit Perioden ohne  größere Variationen des Sonnenwindes.

Während solch geomagnetisch ruhiger Tage zeigt dessen Frequenz-Spektrum vor allem 24-, 12-, 8- und 6-sechstündige Perioden - und solche Zeitabschnitte werden Sq, für 'solar quiet', genannt.

Die Quellströme für das glatte Sq-signal fließen in der Ionosphäre, einer durch freie  Elektronen und Ionen leitfähigen Region. Abbildung 1 zeigt ein aus Magnetfeldmessungen abgeleitetes globales Stromsystem. Die eingezeichneten Pfeile stehen für die Horizontalkomponente des Stromes. Die Farbkodierung steht dagegen für den Strom, der entlang der Magnetfeldlinien von einer Hemisphäre zur anderen fließt.

Das Sq-Stromsystem ist zumeist auf die sonnenbeschienene Seite der Ionosphäre begrenzt und besteht aus zwei, auf der Nordhalbkugel aus entgegen, auf der Südhalbkugel im des Uhrzeigersinn orientierten Wirbel. Weil die elektrische Leitfähigkeit dort sehr klein ist, ist der Stromfluss auf der Nachtseite (der schattierte Bereich in Abbildung 1) gering. Dagegen ist der Stromfluss, insbesondere entlang des magnetischen Äquators, stark, den man dort den 'äquatorialen Elektrojet' (englisch: equatorial electrojet), EEJ nennt.

Das Ziel unserer Sq/EEJ-Untersuchungen ist es, diese globalen Ströme treibenden, in der Ionosphärenschicht angesiedelte Windsysteme zu beschreiben. Dessen Neutralwindkomponente in der oberen Atmosphäre ist für manche Operationen im erdnahen Weltraum wichtig (zum  Beispiel für die Berechnung der Abbremsung von Satelliten), aber einer direkten Messung nicht ohne weiteres zugänglich.

2. Mondgetriebene Variationen des geomagnetischen Feldes

Das geomagnetische Feld variiert bekanntlich mit der Mondphase, gekennzeichnet mit einen "L" für englisch lunuar variations. Die Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für L in der Horiontalkomponente eines Observatoriums in der Äquatorialregion. Ebenso wie die Sq-Quellen fließt der Strom in der Ionosphäre, wobei er von der Atmosphärentide angetrieben wird, einem globalen Wellenphänomen, erzeugt durch die Gravitationswirkung des Mondes. Die Untersuchung von L kann nicht nur Information über die Atmosphaerentide selbst, sondern auch über den Zustand der allgemeinen Atmosphäre geben, in der die Atmosphärentide des Mondes sich interagiert.


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Yosuke Yamazaki
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Dr. Yosuke Yamazaki
Geomagnetismus
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