Wie die NASA mit der Beule im Erdmagnetfeld umgeht

Die Erde ist ein riesiger Magnet, dessen eisenreicher Kern einen Magnetfeldschild bildet, der den Planeten umhüllt - na ja, fast. Eine "Beule" in diesem Magnetfeld, die als Südatlantikanomalie bekannt ist, ermöglicht es geladenen Teilchen der Sonne, in einem Gebiet über Südamerika und dem Südatlantik näher an den Planeten heranzusinken. 

Zumindest diese Partikel können mit Instrumenten im Weltraum in Konflikt geraten. Wissenschaftler der NASA und andere Forscher haben also keine andere Wahl, als sich an diesen Schluckauf im Magnetfeld anzupassen, Satelliteninstrumente auszuschalten, die die SAA passieren, und den Verlust einiger Daten über Instrumente an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) zu akzeptieren. Laut einem neuen Artikel des Goddard Space Flight Center der NASA überwachen sie auch die SAA genau.

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"Obwohl sich die SAA nur langsam bewegt, ändert sich ihre Morphologie, daher ist es auch wichtig, dass wir sie weiterhin beobachten", sagte Terry Sabaka, Geophysiker bei Goddard in Maryland, in dem Artikel. 

Die Anomalie

Das Erdmagnetfeld ist das Produkt seines eisenreichen äußeren Kerns, der das Feld erzeugt, wenn es um den inneren Kern herumwirbelt. Das Feld schützt die Erdatmosphäre davor, langsam von geladenen Teilchen der Sonne entfernt zu werden. Es schützt auch elektronische Geräte auf der Erde vor dem gleichen Bombardement. 

Normalerweise werden Partikel von der Sonne entweder vom Feld abgelenkt oder in zwei Zonen eingeschlossen, die als Van-Allen-Gürtel bezeichnet werden. Dadurch können die Partikel nicht näher als 644 Kilometer von der Erdoberfläche entfernt sein. Dies bietet viel Raum, um den Planeten und seine vom Menschen gestarteten Satelliten zu schützen. Die ISS umkreist beispielsweise etwa 350 km über der Erdoberfläche.

Aber das Magnetfeld schwächt sich ab, was einige Wissenschaftler glauben lässt, dass es sich bald umkehren könnte, indem es seinen Nord- und Südpol vertauscht. (Alternativ könnte es eine schwache Phase durchlaufen und sich dann wieder verstärken, wie es in der Vergangenheit geschehen ist.) Ground Zero für diese Schwächung scheint die südatlantische Anomalie zu sein, ein merkwürdiger Punkt besonderer Schwäche, der sich zwischen Südamerika und Afrika erstreckt. Die Zone verändert sich, und jüngste Forschungsergebnisse legen nahe, dass sie nicht einen, sondern zwei getrennte Tiefpunkte entwickelt. 

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Satelliten, die die SAA passieren, müssen dies laut Goddard bereits mit vielen empfindlichen Instrumenten tun, die ausgeschaltet sind. Wenn die ISS sie passiert, sind einige Instrumente der Raumstation anfällig für "Blips", die durch die stärkere Exposition gegenüber Sonnenpartikeln verursacht werden. Bei der Mission Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) wird beispielsweise etwa einmal im Monat ein Stromausfall durchgeführt, und dank der SAA gehen jedes Mal einige Stunden Daten verloren.

Glücklicherweise "schaden diese Ereignisse GEDI nicht", sagte Bryan Blair, stellvertretender Untersuchungsleiter der Mission und Lidar-Instrumentenwissenschaftler bei Goddard, in dem Artikel der Agentur. 

Verfolgen der Änderungen

Goddard-Wissenschaftler und ihre Kollegen auf der ganzen Welt überwachen die SAA, um sicherzustellen, dass ihre Operationen vor ihren Auswirkungen geschützt sind, und um zu verstehen, wie sich die Anomalie in Zukunft ändern wird.

Unter Verwendung von Daten von SAMPEX (dem Solar Anomalous and Magnetospheric Particle Explorer), einem Satelliten, der 1992 gestartet wurde und Daten bis 2012 sammelte, erfuhren Goddard-Forscher, dass die SAA leicht nach Westen driftet. Die Ergebnisse wurden 2016 in der Zeitschrift Space Weather veröffentlicht. The European Space Die Agentur (ESA) startete 2013 eine Reihe von Satelliten, die als Schwarm bekannt sind und detaillierte Beobachtungen des Erdmagnetfelds und der Änderungen der SAA liefern. Es waren Daten von Schwarmsatelliten, die die Entwicklung von zwei getrennten Punkten mit minimaler Stärke in der SAA zeigten, was darauf hindeutet, dass sich die Anomalie in zwei getrennte Zonen aufteilen könnte. 

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Die Analyse dieser Daten ermöglicht es Satelliteningenieuren, ihre Satelliten so zu gestalten, dass sie der Menge an Sonnenstrahlung standhalten, der sie laut Goddard wahrscheinlich einmal im Orbit begegnen werden. Die Forscher kombinieren die Beobachtungsdaten auch mit Modellen der Kerndynamik der Erde, um vorherzusagen, was die Anomalie als nächstes bewirken wird. 

"Dies ähnelt der Erstellung von Wettervorhersagen, wir arbeiten jedoch mit viel längeren Zeitskalen", sagte Andrew Tangborn, Mathematiker im Planetary Geodynamics Laboratory von Goddard, im Artikel von Goddard. 

In der Zwischenzeit arbeiten Forscher außerhalb der NASA daran, die Zusammenhänge zwischen der Bewegung des äußeren Kerns und den Merkmalen des von ihm erzeugten Magnetfelds zu verstehen. Forscher der Universität Liverpool in England berichteten kürzlich, dass Vulkangesteine ​​aus Lava, die vor langer Zeit auf der Atlantikinsel Saint Helena ausgebrochen sind, magnetische Anomalien aufweisen, die zwischen 8 und 11,5 Millionen Jahren zurückreichen, was darauf hindeutet, dass dieses Gebiet des Südatlantiks Die Anomalie ist seit Millionen von Jahren instabil.