Förderverein der Archenhold-Sternwarte |
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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
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| Das unbeeinflusste Erdmagnetfeld |
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
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| 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 Abb. rechts: BX-Vektor der magnetischen Flussdichteänderungen in Europa |
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BY-Vektor Abb. rechts: BY-Vektor der magnetischen Flussdichteänderungen in Europa |
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BZ-Vektor Abb. rechts: BZ-Vektor der magnetischen Flussdichteänderungen in Europa |
