CHAMP: Ruhige Überflüge über die Polgebiete

Wie sich gezeigt hat, sind die üblichen magnetischen Aktivitäts-Indizes für die Auswahl vom ruhigen Perioden in den Polargebieten nicht sehr effizient (Ritter et al., 2004). Um verlässlichere Auswahlkriterien für magnetisch ruhige Pol-Überflüge zu entwickeln, wurde eine detaillierte Studie mit CHAMP-Daten durchgeführt (Ritter und Lühr, 2006). Ein wichtiger Faktor für die Polarlicht-Aktivität ist die Sonnenlichteinstrahlung in die Polarregionen. Deshalb konzentrierten wir unsere Studien auf einen Zeitraum von 20 Tagen vor und nach einer Winter-Sonnwende. Dann ist der Sonnen-Zenithwinkel in der Polarregion bei allen Lokalzeiten größer als 100°. In dieser dunklen Jahreszeit ist die ionosphärische elektrische Leitfähigkeit stark verringert und die magnetische Aktivität niedrig. Weil in diesem Zeitraum magnetische Messungen kaum von ionosphärischen Strömen kontaminiert sind, ist dieses Intervall auch für die Haupt- und Krustenfeldmodellierung von besonderem Interesse.

In hohen Breiten setzen sich elektrischen Ströme der Ionosphäre aus Hall-, Pedersen- und Feldlinien-parallelen Strömen zusammen. Alle drei tragen zum gemessenen Magnetfeld in Satellitenhöhe bei. Für die Hauptfeldmodellierung spielen nur die Perturbationen der Magnetfeldmagnitude eine Rolle. Diese Perturbationen des Totalfeldes werden von der toroidalen Strom-Komponente, i.e. hauptsächlich von Hallströmen, verursacht. Da die Aktivität in hohen Breiten stark vom Sonnenwind beeinflusst ist, betrachten wir auch, wie ein sehr ruhiger Zustand der Ionosphäre von Interplanetaren magnetischen Feldgrößen (IMF), wie zum Beispiel dem "effektiven" elektrischen Feld E_m, abhängen.

Der Datensatz für die Studie umfasst die Dezember-Sonnwenden 2000-2004 im Norden und die Juni-Sonnwenden 2001-2005 im Süden, also fünf dunkle Jahreszeiten pro Hemisphäre. Die Residuen des magnetischen Skalarfelds korrelieren am stärksten mit dem effektiven elektrischen Feld, E_m, auf der Tagseite, d.h. die Vorhersagbarkeit ist für den Lokalzeitbereich 08-16 MLT am höchsten. Die besten Auswahl-Ergebnisse für ruhige Pol-Überflüge bekommt man mit der Kombination von vier Bedingungen (Ritter und Lühr, 2006): dunkle Jahreszeit, kleiner Durchschnittwert für das effektive elektrische Feld, E_m<0.8 mV/m, das Fehlen von Spitzenwerten, E_m > 1.2 mV/m, in einem Zeitraum von 20 Minuten vor und nach dem Pol-Überflug und Beschränkung der Lokalzeit auf den Tageszeit-Sektor 08-16 MLT. Mit Hilfe dieser Kriterien wurde eine Liste von ruhigen Pol-Überflügen identifiziert. Diese kann z.B. gut für die Krustenmodellierung der Polarregionen benutz werden.

North PoleQuietPassesNP.zip
South PoleQuietPassesSP.zip

Kommentar: Die Dateien enthalten alle Pol-Überflüge, die anhand obiger Kriterien als magnetisch ruhig eingestuft wurden. Da die Überflüge verschiedene MLT Zonen durchqueren, sind jeweils Start- und Endzeiten von Teilbögen der polaren Orbits angegeben. Diese Teilbögen reichen von 40° (-40°) geomagnetischer Breite bis zum Polnächsten Punkt und umgekehrt. Auf der südlichen Hemisphäre wurden wegen des großen Abstandes zwischen geographischem und magnetischem Pol manchmal beide Teilbögen eines Überflugs identifiziert. In diesen Fällen sind beide Teilbögen nacheinander mit derselben Orbitnummer gelistet.

Orbit Nr.T1T2mltarc
281042004.536934492004.542362738.4501
281042004.542374302004.5511590313.6132
  • Orbitnummer, basierend auf der Datei "Orbit_No"
  • T1 [MJD] Startzeit der Teilbogens über den Pol
  • T2 [MJD] Endzeit der Teilbogens über den Pol
  • MLT bei 20° geomagnetische Co-Breite
  • arc=1 oder2: erster oder zweiter Teil des Überflugs entlang der Flugrichtung von CHAMP

Literatur

  • Ritter, P., and Lühr, H., Search for magnetically quiet CHAMP polar passes and the characteristics of ionospheric currents during the dark season, Annales Geophysicae, 24, 11, 2997-3009, 2006.
  • Ritter, P., Lühr, H., Viljanen, A., and Maus, S., High-latitude ionospheric currents during very quiet times: their characteristics and predictability, Annales Geophysicae, Vol. 22, 2001-2014, 2004.

Danksagung

Wir danken F. Christiansen von DTU*Space für die freundliche Überlassung der Sonnenwinddaten (ACE) an der Magnetopause. Des weiteren danken wir den ACE MAG und SWEPAM Geräteteams und dem ACE Science Center für die Bereitstellung der ACE Daten. Wir danken auch dem operationellen Support der CHAMP Mission durch das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) und für die finanzielle Unterstützung der Datenprozessierung durch das Bundesministerium für Bodenforschung (BMBF) als Teil des Geotechnologie-Programms. Die DFG unterstützte PR durch den Forschungsschwerpunk-Programm "Geomagnetische Variationen" SPP 1097.

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Claudia Stolle
Leitung
Prof. Dr. Claudia Stolle
Geomagnetismus
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