Förderverein der Archenhold-Sternwarte
und des Zeiss-Großplanetariums Berlin e.V.

Dr. Jürgen Rose

Nicht-optische Astronomie -
Arbeitsfeld von Amateurastronomen an der Archenhold-Sternwarte

Das Magnetometer der Sternwarte zur Messung differentieller Schwankungen des Erdmagnetfeldes;
Vorhersage von Polarlichtern in Berlin

Da das Erdmagnetfeld ständig dem Sonnenwind ausgesetzt ist, wird es verzerrt. Der Sonnenwind besteht hauptsächlich aus schnellen Elektronen, Ionen und Protonen (Geschwindigkeit ca. 400km/s). Da sich geladene Teilchen entlang der Magnetfeldlinien bewegen, entstehen bestimmte Wechselwirkungen: In Richtung der Sonne bildet sich eine Schockfront aus, das Erdmagnetfeld wird auf der Tagseite komprimiert, auf der Nachtseite formt es sich zu einem langen, nach hinten geöffneten Schweif. Hier können die Teilchen des Sonnenwindes bis in die Erdatmosphäre eindringen.

Dort bildet sich das sogenannte Polarlicht-Oval, eine ringförmige Zone. Auch auf der Tagseite der Erde können Teilchen bis in die Atmosphäre eindringen. Dort werden Moleküle durch die eindringenden Teilchen ionisiert. Beim Rekombinieren der Atome und Moleküle entsteht Licht – das Polarlicht (Aurora). Das Erdmagnetfeld schützt vor der hochenergetischen Teilchenstrahlung. Ohne Magnetfeld wäre das Leben auf der Erde so nicht entstanden. Außerdem existiert eine Wechselwirkung mit dem interplanetaren Magnetfeld (IMF) der Sonne. In Abhängigkeit von der Polung des IMF wird das Erdmagnetfeld verstärkt oder geschwächt.

 

Messung des Erdmagnetfeldes

SAM Sensorik
Sensorik von SAM

Der Mensch hat bekanntermaßen kein Sinnesorgan für Magnetfelder. Dafür wurde Messtechnik realisiert. Zu unterscheiden ist zwischen Absolut- und Relativwertmessung. Bei der aufwändigen Absolutwertmessung entsteht z. B. der Wert der Wert der magnetischen Flussdichte, im Gegensatz zur Relativwertmessung, bei der die Änderung der magnetischen Flussdichte um z. B. 3nT detektiert wird.
An einem Microcontroller können bei der in der Archenhold-Sternwarte realisierten Lösung SAM (Simpel Aurora Monitor) 2 Fluxgatesensoren für die Messung zweier Feldvektoren aus den drei Vektoren (BX, BY, BZ) angeschlossen werden (Entwicklung durch Funkamateure und Amateurastronomen, K. Hansky, DL3HRT und D. Langenbach DG3DA).
Der Microcontroller steuert ein LCD-Display sowie einen PC, auf dem die Messwerte der Fluxgatesensoren und der daraus errechnete K-Wert angezeigt werden.

Zusätzlich wird die Temperatur am Ort der Sensoren angezeigt, da Fluxgatesensoren einen zu kompensierenden Temperaturgang besitzen. Die Sensoren sind im Keller installiert, um Temperatureinflüsse zu verringern.

Die von SAM kommenden Daten werden aufgezeichnet und synchron abgespeichert.

Messdatenauswertung

Der sogenannte K-Wert kennzeichnet die Schwankungen des Erdmagnetfeldes innerhalb von 3 Stunden:

K 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
nT 0-5 6-10 11-20 21-40 41-70 71-120 121-200 201-330 331-500 >500

Die Festlegung von Magnetfeldänderungen wird der geographischen Breite angepasst.

Wenn der K-Wert 5 bis 6 überschreitet, ist mit Polarlicht über Berlin zu rechnen!

Der K-Wert ist vom KP-Wert, den Schwankungen des interplanetaren Magnetfeldes (IMF) zu unterscheiden.

Hierbei sind folgende Einflussgrößen zu beachten:

  • Der BZ-Wert des interplanetaren Magnetfeldes (IMF) sollte negativ sein und der Sonnenwind eine Geschwindigkeit von mehr als 400km/h besitzen
  • Die Häufigkeit des Auftretens von Polarlichtern ist stark von der Sonnenaktivität abhängig.

 

Vektorauswahl

Bx-Vektor, Karte

BX-Vektor
Dieser Graph gibt die Veränderungen der magnetischen Flussdichte in der Nord-Süd-Achse an.
Grundregel:
Je kleiner der Wert, desto größer die Polarlichtwahrscheinlichkeit.

Abb. rechts: BX-Vektor der magnetischen Flussdichteänderungen in Europa
(Δ Horizontalintensität in nT), geographisch Nord

By-Vektor, Karte

BY-Vektor
Dieser Graph gibt die Veränderungen der magnetischen Flussdichte in der Ost-West-Achse an.
Grundregeln:
Abends: Je größer der Wert, desto größer die Polarlichtwahrscheinlichkeit.
Morgens: Je kleiner der Wert, desto größer die Polarlichtwahrscheinlichkeit.

Abb. rechts: BY-Vektor der magnetischen Flussdichteänderungen in Europa
(Δ Horizontalintensität in nT), geographisch Ost

Bz-Vektor, Karte

BZ-Vektor
Dieser Graph gibt die Veränderungen der magnetischen Flussdichte in der senkrechten Richtung an.
Grundregel:
Je größer der Wert, desto größer die Polarlichtwahrscheinlichkeit.

Abb. rechts: BZ-Vektor der magnetischen Flussdichteänderungen in Europa
(Δ Vertikalintensität in nT)

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