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(letzte Aktualisierung erfolgte um: 09.02.2010 02:26)

Das im Rahmen des SAM-Projektes entstandene Magnetometer mißt die Veränderungen der horizontalen Komponenten des Erdmagnetfeldes. Im Zeitraum Februar 2004 bis November 2006 wurden so beispielsweise mit einer Effizienz von 98,9% Messwerte aufgezeichnet. Das Magnetogramm zeigt die Entwicklung der horizontalen Magnetfeldstärken am Magnetometer-Standort Haimhausen. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die aktuelle örtliche Polarlichtsituation ziehen. Die Auswertung der Rohdaten erfolgt in enger Anlehnung an die SAM-Tools des SAM-Projektes mit Hilfe selbstentwickelter Analysesoftware, die auf der Teilchenphysik- Datenanalyseumgebung ROOT beruht (Details zur Analyse).

Weiterführende Erläuterungen zum Bild

Der Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen, vor allem Elektronen und Protonen, der von der Sonne ins All strömt. Da der Sonnenwind aus elektrisch geladenen Teilchen besteht, stellt er ein Plasma dar, das sowohl das Magnetfeld der Sonne als auch das der Erde verformt. Erreicht dieser Sonnenwind die Erde, dringen die Teilchen nicht zur Erdoberfläche durch, sondern werden vom Magnetfeld unseres Planeten weitestgehend abgelenkt. Die symmetrisch verlaufenden Magnetlinien schützen die Erde wie eine Art Faradayscher Käfig – allerdings nicht vollständig: Der Sonnenwind verformt das Erdmagnetfeld derart, dass es auf der sonnenzugewandten Erdseite zusammengestaucht wird, wohingegen in der Nähe der Pole die Feldlinien aufbrechen und einen Schweif hinter der Erde bilden. An diesen Stellen verläuft das Magnetfeld senkrecht zur Erdoberfläche, und die Teilchen können in die Atmosphäre gelangen, wo sie Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle anregen. Die dabei freiwerdende Energie wird als Licht bestimmter Wellenlängen abgestrahlt – von Sauerstoffatomen als grünes und rotes, von Stickstoff als blaues und violettes Licht. Wir sehen dieses Leuchten als Polarlicht oder Süd- bzw. Nordlicht.

Das Erdmagnetfeld unterliegt beständig Störungen, deren Stärke durch elektrische Ströme bestimmt wird, die in der oberen Erdatmosphäre und dem angrenzenden All durch solare Aktivität erzeugt werden, da sich die von diesen Strömen erzeugten Magnetfelder dem Erdmagnetfeld überlagern. Je höher die Geschwindigkeit des Sonnenwinds bzw. die Dichte der eintreffenden Teilchen, desto größer sind die Fluktuationen, denen das Erdmagnetfeld unterworfen wird, und umso stärkere Polarlichter sind zu erwarten. Bei hoher Aktivität kann es vorkommen, dass man von Deutschland aus Polarlicht beobachten kann. (mehr…)

Ein Magnetogramm zeigt den zeitlichen Verlauf der magnetischen Flußdichte des Erdmagnetfelds am Beobachtungsort:
	Bx: Veränderung der x-Komponente der magnetischen Flussdichte (Nord-Süd-Achse): Je kleiner der Wert, desto größer die Polarlichtwahrscheinlichkeit
	By: Veränderung der y-Komponente der magnetischen Flussdichte (Ost-West-Achse): Abends: Je größer der Wert, desto größer die Polarlichtwahrscheinlichkeit. Morgens: Je kleiner der Wert, desto größer die Polarlichtwahrscheinlichkeit.
	Bz: Veränderungen der Vertikalkomponente der magnetischen Flussdichte: Je größer der Wert, desto größer die Polarlichtwahrscheinlichkeit
Quelle: NOAA/NDGC	Oftmals wird anstelle von Bx und By die horizontale Intensität BH (quadratische Summe von Bx und By) sowie die magnetische Deklination D = arctan (By/Bx) angegeben.

Während die stärksten Störungen durch solare Aktivität häufig in den horizontalen Komponenten des Erdmagnetfelds sichtbar werden, gibt die vertikale Komponente Auskunft über die Lage der Elektrojets. Diese elektrischen Ströme fliessen um das Polarlichtoval und sind im wesentlichen für alle magnetischen Störungen verantwortlich, die als Resultat von Substürmen auf der Erdoberfläche auftreten. Somit stellen die Veränderungen in der vertikalen Magnetfeldkomponente ein gutes Maß für die Stärke von lokalen Substürmen dar.

Der K-Wert beschreibt die maximale Fluktuation der horizontalen Magnetfeldkomponenten ΔB_H in 3-Stunden-Intervallen und stellt ein historisch gewachsenes, quasi-logarithmisches Maß für die Auftrittswahrscheinlichkeit von Polarlichtern dar. Er wird aus der Differenz von maximal und minimal erreichtem Magnetfeldwert im jeweiligen 3-Stunden-Intervall berechnet. Die Zuordnung der K-Werte zu den Magnetfeldänderungen ist dabei vom geographischen Breitengrad so abhängig, dass die jeweiligen K-Werte im Schnitt weltweit gleich häufig auftreten; konkret heisst das, dass Observatorien in höheren geographischen Breiten grössere Fluktuationen zum Erreichen der jeweiligen K-Werte zugrunde legen. Somit treten bei einer gegebenen Störung des Erdmagnetfelds weltweit vergleichbare K-Werte auf. Entsprechend wird auch ein sogenannter planetarischer K_p-Wert berechnet (K_p-Werte seit 1932).

Um in mittleren Breiten Deutschlands eine Chance auf Polarlichter zu haben, sollte K auf mindestens 6 ansteigen. Erst ab K=8 ist die Wahrscheinlichkeit wirklich groß.

SAM Haimhausen mißt die Veränderungen der x- sowie der y-Komponente des Erdmagnetfelds. Da jeweils nur die relativen Veränderungen in Bezug auf den Messwert um 00:00 UTC betrachtet werden, wird eine Absolutkalibration des Magnetometers nicht durchgeführt. Zur Ermittlung des K-Wertes wird folgende Konversionstabelle zugrunde gelegt:

K-Wert	Magnetfeldänderung ΔBx	Farbcode	Magnetfeld	G-Wert
0	kleiner 10 nT		ruhig	G0
1	kleiner 15 nT
2	kleiner 25 nT
3	kleiner 50 nT
4	kleiner 70 nT		gestört
5	kleiner 120 nT			G1
6	kleiner 200 nT		Sturm	G2
7	kleiner 330 nT			G3
8	kleiner 500 nT			G4
9	über 500 nT			G5