So wie die frühen Seefahrer einfache Kompasse verwendeten, um ihren Kurs über das Meer zu bestimmen, können sich heutige Schiffe, Flugzeuge, Satelliten und Smartphones zur Orientierung auf das Erdmagnetfeld verlassen. Der Unterschied besteht darin, dass die heutigen Kompasse, die etwas ausgefeilter sind, auf komplexen Modellen basieren, wie dies bei häufig verwendeten Kompassen der Fall ist. Globales magnetisches Modell (WMM), die versuchen, die vielfältigen Prozesse zu erfassen, die die Magnetosphäre der Erde erzeugen. Ein Kompass kann sich auf das WMM oder ähnliche Modelle verlassen, um eine in Richtung des magnetischen Nordens zeigende Nadel in einen Kurs relativ zum wahren Norden umzuwandeln. (Die beiden Norden verschieden sein aus immer wechselnden Blickwinkeln.)
Diese Modelle sind nicht perfekt: Es gibt Unterschiede zwischen der von ihnen vorhergesagten Magnetosphäre und der von Satelliten beobachteten Magnetosphäre. Wissenschaftler führen diese Unterschiede traditionell auf Weltraumströme zurück, die durch das Magnetfeld in der oberen Erdatmosphäre fließen. Doch neue Forschungsergebnisse verkomplizieren die Situation und legen nahe, dass die Unterschiede das Ergebnis von Beobachtungsverzerrungen, unvollständigen Modellen oder beidem sind.
Für Schiffe, die eine sensible Navigation erfordern, insbesondere rund um die Pole der Erde, stellt jede dieser Komplikationen ein Problem dar. Und diese Probleme werden sich wahrscheinlich verschlimmern, wenn das Polareis rund um den Nordpol schmilzt und den Weg für potenzielle neue Schifffahrtsrouten frei macht.
Das Erdmagnetfeld ist komplex und vielschichtig, aber Modelle wie das WMM können es über mehrere Jahre hinweg projizieren. Die aktuelle Ausgabe des WMM, die im Dezember 2019 veröffentlicht wurde, enthält Schätzungen des Erdmagnetfelds von Anfang 2020 bis Ende 2024. (Die nächste Version, die den Zeitraum 2025 bis 2029 abdeckt, wird voraussichtlich im Dezember dieses Jahres veröffentlicht.)
„Kompasse müssen bereits Weltraumströmungen berücksichtigen, aber das bringt noch mehr Komplikationen und Lärmquellen mit sich, die es zu bewältigen gilt.“ —Mark Moldwin, University of Michigan
Diese Modelle berücksichtigen nicht immer Weltraumströmungen, die oft von außerirdischen Kräften wie dem angetrieben werden Sonnenwind. Wenn aber Weltraumströmungen für die Diskrepanzen zwischen Modellen und Beobachtungen verantwortlich sind, könnten Wissenschaftler sie identifizieren, indem sie einfach diese Unterschiede finden, die sie „Residuen“ nennen. Darüber hinaus gäbe es dann keinen Grund dafür, dass eine Erdhalbkugel mehr Residuen aufweist als die andere – es sei denn, dies ist das, was bestehende Modelle vorhersagen.
Doch die Autoren der neuen Studie sind Weltraumphysiker Yining Shi Und Mark Moldwin von der University of Michigan, gehörte zu mehreren Forschern, die ein Ungleichgewicht in den Rückständen entdeckten. Auf der Südhalbkugel schienen sozusagen mehr Rückstände aus dem magnetischen Holzwerk hervorzugehen als auf der Nordhalbkugel. „Wir wollten sie uns genauer ansehen“, sagte Moldwin.
Shi und Moldwin verglichen Schätzungen zwischen 2014 und 2020 aus einem anderen Modell des Erdmagnetfelds. GIFI-13mit Beobachtungen der Europäischen Weltraumorganisation Schwarm Mission, ein Trio von Satelliten, die seit ihrem Start im Jahr 2014 kontinuierlich das Erdmagnetfeld messen.
Als sie sich in diesem Zeitraum auf die Rückstände konzentrierten, fanden sie tatsächlich etwa 12 Prozent mehr Hauptrückstände auf der Südhalbkugel als auf der Nordhalbkugel. Alle diese großen Rückstände wurden in den Polarregionen gefunden. Viele konzentrierten sich auf den Breitengrad 70 Grad Nord und Süd, wo Wissenschaftler Erwarten Sie, Weltraumströmungen zu finden.
Aber eine weitere Rückstandswelle konzentrierte sich näher an den geografischen Polen der Erde, etwa 80 Grad nördlich und südlich, wo es keine offensichtliche geophysikalische Erklärung gibt. Darüber hinaus war die Verteilung dieser Pole unterschiedlich, was der Tatsache entspricht, dass die geografischen Pole der Erde unterschiedlichen magnetischen Koordinaten entsprechen.
Dieser zweite Höhepunkt veranlasste die Forscher insbesondere dazu, alternative Erklärungen in Betracht zu ziehen. Es ist beispielsweise möglich, dass IGRF-13 einfach nicht alle Faktoren erfasst, die die Magnetosphäre der Erde um die Pole bestimmen. Aber eine andere Ursache könnten die Satelliten selbst sein. Shi und Moldwin argumentieren, dass die Nord- und Südpolregionen der Erde in ihren magnetischen Messungen überrepräsentiert sind, da sich die Swarm-Satelliten in Umlaufbahnen befinden, die die Pole kreuzen.
„Kompasse müssen bereits Weltraumströmungen berücksichtigen, aber das bringt noch mehr Komplikationen und Lärmquellen mit sich, die angegangen werden müssen“, sagte Moldwin.
Nun untersucht Shi diese Rückstände genauer, um ihre Ursachen herauszufinden: Für sie gibt es echte geophysikalische Erklärungen und für sie handelt es sich um das Ergebnis statistischer Fehler.
Shi und Moldwin veröffentlicht ihre Arbeit am 6. Mai um Geophysical Research Journal: Weltraumphysik.
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