Swarm-SondenIm Formationsflug durch das Erdmagnetfeld

Das Magnetfeld der Erde schützt vor Sonnenstürmen. In letzter Zeit hat es sich stark verändert. Drei Esa-Sonden sollen es nun genau vermessen. von Karl Urban

Swarm Esa Satellit Astronomie Raumfahrt Magnetfeld

Abbildung einer Swarm-Sonde. Ein typisches Merkmal ist der vier Meter lange Ausleger, an dem ein hochsensibles Magnetometer befestigt ist.  |  © EADS Astrium

Es ist einer der letzten weißen Flecke der Erde. Nachdem Kontinente kartografiert, Meere durchsegelt und selbst die Lufthülle exakt vermessen wurde, ist das irdische Magnetfeld vielleicht das letzte große Mysterium. Ein kleiner Satellitenschwarm soll diese Wissenslücke nun schließen: Swarm, so sein Name, besteht aus drei Sonden, die im November 2012 vom russischen Raketenbahnhof Plessetzk aus ins All geschossen werden.

Mit dem Satellitentrio will die Europäische Raumfahrtagentur Esa die Magnetosphäre genauer untersuchen als je zuvor. Die Mission soll helfen zu verstehen, wie die Erde ein derartig starkes Magnetfeld aufrechterhalten kann, das eine wichtige Aufgabe erfüllt. Denn es bewahrt uns vor den rauen Teilchenwinden von der Sonne und aus den Tiefen des Alls. Derzeit verhält es sich jedoch merkwürdig: Seit Jahrzehnten wird es schwächer, was den Betreibern von Satelliten und von Kraftwerken am Boden Sorge bereitet.

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Wie das irdische Magnetfeld entsteht, gilt heute eigentlich als verstanden. Der innere Kern der Erde ist eine heiße Kugel aus Eisen und Nickel, die sich beständig mit dem äußeren flüssigen Erdkern dreht. Hier steigt erhitzte Materie spiralförmig auf: Ein überaus komplizierter Dynamo, der ein überraschend simples, zweipoliges Magnetfeld erzeugt, das unter anderem unsere Kompassnadeln auslenkt – aber mehr noch: Es reicht weit in den Weltraum hinaus und umgibt den Planeten vollständig mit einer gewaltige Schutzhülle. Nur nahe der Pole, wo die Feldlinien zusammenlaufen, können Teilchenwinde aus dem All gelegentlich herabsinken. Dann sorgen sie dort für farbenfrohe Polarlichter.

Dabei ist dieses Feld jedoch alles andere als stabil, was vor allem mit der Sonne zu tun hat. Ihr eigenes Magnetfeld und der Sonnenwind – ein Strom geladener Teilchen – wirken dem irdischen Feld ständig entgegen. Sie verbiegen und verformen es, je nachdem wie aktiv die Sonne ist. Derzeit nähert sie sich sogar einem neuen Aktivitätsmaximum, was die Messungen von Swarm besonders interessant macht.

Magnetfeld spielt verrückt

Vor allem wollen die Forscher aber überprüfen, ob sich das Erdmagnetfeld zukünftig weiter so stark verändert wie in den letzten Jahrhunderten. Das betrifft nicht nur die beiden Magnetpole – seit fast 180 Jahren schiebt sich der nördliche Pol immer weiter Richtung Nordwesten, kürzlich mit fast 50 Kilometern im Jahr. Obwohl Magnetkompasse in Zeiten moderner Navigationstechnik keine entscheidende Rolle mehr spielen, machen sich die Wissenschaftler darüber Sorgen.

Denn das Feld bewegt sich nicht nur – es wird auch schwächer: in den letzten 150 Jahren um immerhin acht Prozent. Würde es bei dieser Zerfallsrate bleiben, müsste es rein rechnerisch in 1.600 Jahren gänzlich verschwunden sein. An einer Stelle geht es sogar noch schneller. Im südlichen Atlantik nahm die Feldstärke seit dem Beginn von Satellitenmessungen im Jahr 1980 regional um zwölf Prozent ab. Hier sind Satelliten und sogar Flugreisende schon heute verstärkt der Teilchenstrahlung aus dem Weltraum ausgesetzt.

Erschienen auf spektrum.de

Erschienen auf spektrum.de  |  © Screenshot ZEIT ONLINE

Die Forscher sind sich allerdings einig: Völlig verschwinden wird das Erdmagnetfeld nicht. Geologen wissen seit Langem, dass sich das Feld in der Planetengeschichte vielfach umgepolt hat. Ein Prozess, der sich irgendwann wiederholen könnte, was die schnellen Veränderungen im Südatlantik vielleicht andeuten: "Diese zuvor unvorstellbare Geschwindigkeit ist wohl nur damit zu erklären, dass ein Teil des Dynamos schon verkehrt herum läuft", erläutert der für Swarm verantwortliche Forscher Hermann Lühr vom Geoforschungszentrum in Potsdam. "Der Geodynamo dürfte sein Feld dort schon massiv abgebaut und ein Gegenfeld erzeugt haben, das das Erdmagnetfeld dort abschwächt."

Während sich das Magnetfeld über die Jahrhunderte abschwächte, wurde am Boden und im Orbit viel sensible Technik installiert. In Hochspannungsleitungen und Telefonkabeln können die geladenen Teilchen aus dem All Ströme induzieren, wenn sie durch den magnetischen Schutzschirm gelangen. Neu ist diese Einsicht nicht: Schon 1847 beobachteten britische Wissenschaftler, dass durch vermeintliche "Erdströme" sämtliche Telegrafenleitungen Großbritanniens ausfielen, während über Südengland Polarlichter tanzten. Das hatte aber mitunter auch sein Gutes: Im Jahr 1866 konnten US-amerikanische Telegrafen dank der Induktionsströme kurzerhand von ihren Batterien getrennt und "über eine Stunde lang nur mit Hilfe der Himmelsbatterien" betrieben werden, schrieb damals US-Wissenschaftler G. B. Prescott.

Leserkommentare
    • Layer 8
    • 17. August 2012 12:46 Uhr

    Nun, das mit dem Umpolen ist nicht mehr so ganz neu. Das ist doch schon überfällig. Kann man ja durch geologische Bohrungen im mittelatlantischen Rücken sehr gut dokumentieren. Da gibts ne schöne Regelmäßigkeit. Nur, bei der letzten Umpolung gab es noch keine menschlich hergestellten elektrische Geräte auf Erden. Ich sehe hier eine viel größere Bedrohung für unsere "Zivilisation" als dieses ewige Grünengesülze von "Klimawandel". Globaler elektromagnetischer Blackout hat da im Vergleich doch gewisse Besonderheiten. Smartphones und Internet funzen nicht mehr. Auch keine Geldautomaten. Was machen wir dann?

    Reaktionen auf diesen Kommentar anzeigen

    einen längeren Ausfall wird wohl nicht geben; aber "Bruhnes" ist tatsächlich schon länger inversionsreif!

    Die seit ca. 1850 messbar abnehmenden Feldstärken scheinen auch dafür zu sprechen.

    MfG KM

    • joG
    • 17. August 2012 15:03 Uhr

    ....dass wir keine rechte Vorstellung haben, wie Solarwinde, Cosmische Strahlungen und Magnetfeld mit anderen noch unbekannten oder nur vermuteten Faktoren auf das Klima wirken.

    Es ist vollkommen richtig wenn Sie schreiben, dass es bei der letzten Umpolung noch keine elektrischen Geräte gab ob diese bei einer Polwende jedoch ausfallen ist doch eher eine Vermutung.
    So wie ich mir die Umpolung vorstelle wird sich das derzeitige Magnetfeld bis auf einen Kippwert (< +50% H) abschwächen und dann praktisch sofort auf < -50% H umpolen. Was für mich bedeuten würde dass wir zwar ein gedrehtes Magnetfeld haben aber eigentlich nur einen unbedeutend geringen Zeitraum ohne Magnetfeld kleiner als 50% auskommen müssen.
    Daraus folgen jedoch zwei Fragen:
    - Reicht 50% um uns (und unsere Elektronik) zu schützen?
    - Schreibe ich hier totalen Müll?

    Vielleicht kann ja jemand die Fragen beantworten der sich besser auskennt als ich. Würde mich echt interessieren.

    Eins noch: Es ist doch schon sehr optimistisch eine Gruppe von drei Raumsonden als "Schwarm" zu bezeichnen...
    Anyway, cooles Projekt imho. :)

  1. 2. Na ja,

    einen längeren Ausfall wird wohl nicht geben; aber "Bruhnes" ist tatsächlich schon länger inversionsreif!

    Die seit ca. 1850 messbar abnehmenden Feldstärken scheinen auch dafür zu sprechen.

    MfG KM

    Antwort auf "Überschrift*"
    • joG
    • 17. August 2012 15:03 Uhr

    ....dass wir keine rechte Vorstellung haben, wie Solarwinde, Cosmische Strahlungen und Magnetfeld mit anderen noch unbekannten oder nur vermuteten Faktoren auf das Klima wirken.

    Antwort auf "Überschrift*"
  2. Es ist vollkommen richtig wenn Sie schreiben, dass es bei der letzten Umpolung noch keine elektrischen Geräte gab ob diese bei einer Polwende jedoch ausfallen ist doch eher eine Vermutung.
    So wie ich mir die Umpolung vorstelle wird sich das derzeitige Magnetfeld bis auf einen Kippwert (< +50% H) abschwächen und dann praktisch sofort auf < -50% H umpolen. Was für mich bedeuten würde dass wir zwar ein gedrehtes Magnetfeld haben aber eigentlich nur einen unbedeutend geringen Zeitraum ohne Magnetfeld kleiner als 50% auskommen müssen.
    Daraus folgen jedoch zwei Fragen:
    - Reicht 50% um uns (und unsere Elektronik) zu schützen?
    - Schreibe ich hier totalen Müll?

    Vielleicht kann ja jemand die Fragen beantworten der sich besser auskennt als ich. Würde mich echt interessieren.

    Eins noch: Es ist doch schon sehr optimistisch eine Gruppe von drei Raumsonden als "Schwarm" zu bezeichnen...
    Anyway, cooles Projekt imho. :)

    Antwort auf "Überschrift*"

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