Airbus Defence and Space

Swarm – die Erde aus einem anderen Blickwinkel

Der Einfluss des Magnetfelds

swarmDie von Airbus Defence and Space im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation ESA gefertigten drei Swarm-Satelliten werden in Dreiecksformation um die Erde kreisen und dabei deren Magnetfeld einschließlich seiner Veränderungen so umfassend und präzise wie noch nie zuvor erforschen. Zur Untersuchung dieser sogenannten Magnetosphäre, welche die Erde wie eine Blase umgibt, werden die Satelliten vom Erdkern bis zur Kruste und von der Oberfläche unseres Planeten bis hinaus ins All sämtliche Parameter genauestens unter die Lupe nehmen. Zudem befinden sich an Bord Instrumente zur Messung von Atmosphärendichte und -reibung.

Swarm, die nach GOCE, SMOS und CryoSat vierte Erderkundungsmission der ESA, ist nicht nur von großem Interesse für die Wissenschaft, sondern nimmt auch direkten Einfluss auf das Leben jedes einzelnen von uns. Eine genauere Kenntnis des Magnetfelds der Erde ermöglicht eine bessere Navigation für Schiffe und Luftfahrzeuge und kann genutzt werden, um die Auswirkungen der Sonnenaktivität vorauszuberechnen. Darüber hinaus müssen wir herausfinden, wie sich das Magnetfeld verändert und was passieren würde, wenn sich die Pole umdrehten.

Ralph Cordey, Leiter für Wissenschaft und Exploration bei Airbus Defence and Space Großbritannien, erklärt: „Dank Swarm betrachten wir die Erde mit anderen Augen. Wir können nun Messungen mit einer Auflösung vornehmen, zu denen wir vorher in diesem umfassenden Ausmaß einfach nicht in der Lage waren.“

„Swarm wird neue Informationen über die Zusammensetzung des Erdkerns und die Erzeugung des Magnetfelds liefern und diese in Korrelation zu den Eigenschaften der Magnetosphäre um unseren Planeten setzen. Damit erfüllen die Satelliten eine ganze Reihe an Aufgaben, die wir bislang noch nicht bewältigen konnten“, so Cordey weiter.

 

Stabmagnet

Die Erde ist im Grunde ein riesiger im Weltraum kreisender Stabmagnet, dessen Eigenschaften sich Seefahrer durch den Gebrauch von Kompassen seit Jahrhunderten zunutze machen. Es existieren sogar Hinweise darauf, dass die Chinesen dieses Instrument bereits vor 3.000 Jahren verwendeten. Es überrascht vielleicht, dass wir trotz GPS auch heute noch auf den Kompass zurückgreifen. Schiffe und Luftfahrzeuge verlassen sich auf ihn als eines ihrer wichtigsten Navigationswerkzeuge, insbesondere bei widrigen Witterungsbedingungen, wenn GPS-Signale manchmal verlorengehen.

Im Unterschied zu einem echten Stabmagneten ändert und verschiebt sich das Magnetfeld der Erde jedoch beständig. Der geomagnetische Nordpol ist nicht deckungsgleich mit dem geographischen Nordpol und wandert immerfort. Diese Schwankungen sind noch nicht vollständig erforscht, resultieren aber aus der Entstehung des Magnetfeldes im Erdkern.

Die meisten Geologen vertreten heute die Ansicht, dass der Erdkern aus zwei Teilen besteht: einem festen inneren und einem flüssigen äußeren Kern – beide aus Eisen. Der äußere Teil befindet sich im stetigen Fluss und man nimmt an, dass diese Wirbel­strömungen für die Erzeugung und Änderung des Erdmagnetfelds verantwortlich sind.

Aufgrund dieser Schwankungen müssen Karten des Magnetfelds der Erde sowie die für die Schiff- und Luftfahrt erstellten Karten und  Pläne alle fünf Jahre offiziell aktualisiert werden. Die von Swarm bereitgestellten Informationen sollen zur Verbesserung von Computersimulationen des Erdmagnetfelds herangezogen werden und Aufschluss darüber geben, wie und warum sich dieses ändert.

Die Magnetosphäre ist zudem an bestimmten Stellen besonders stark oder – wie in einem Bereich der südlichen Hemisphäre, der als Südatlantische Anomalie bekannt ist – relativ schwach ausgeprägt. In den vergangenen einhundertfünfzig Jahren hat sich die Stärke des gesamten Erdmagnetfelds um rund 10 % verringert. Es wäre sogar denkbar, dass sich die Magnetpole umdrehten, höchstens jedoch erst in einigen Tausend Jahren.

Die Swarm-Satelliten werden darüber hinaus Einsicht in den Aufbau der Erde gewähren. Das Magnetfeld entsteht im Erdkern und breitet sich über den Mantel bis an die Ober­fläche aus. Im Mantel befinden sich elektrisch leitfähige Gesteine, die das Magnetfeld verformen. Anhand dieser Verzerrung können Wissenschaftler Erkenntnisse über die Zusammensetzung des unteren Erdmantels gewinnen.


Weltraumwetter

Die Sonne bombardiert die Erde unaufhörlich mit einem Strom geladener Partikel, dem sogenannten Sonnenwind. Darüber hinaus gibt es gelegentlich noch stärkere Masseauswürfe in Form von Sonneneruptionen. Zuweilen können wir diese als eindrucksvolle Polarlichter – Aurora borealis (Nordlicht) oder Aurora australis (Südlicht) – am Himmel beobachten. Dieses Wechselspiel zwischen Sonne und Erde ist als Weltraumwetter bekannt, vor dessen gravierendsten Auswirkungen wir durch die Magnetosphäre geschützt werden. Dank dieses Magnetfelds, ohne das unsere Atmosphäre weggerissen würde, ist Leben auf der Erde überhaupt erst möglich.

solar windSonnenstürme können elektrische Störungen in der Magnetosphäre auslösen und dadurch zu Schäden an Satelliten im Orbit sowie Kommunikations- und sogar Energieversorgungsnetzen auf der Erde führen. Somit gewinnt die Vorhersage des Weltraumwetters immer mehr an Bedeutung und Wissenschaftler in ganz Europa wollen mithilfe von Swarm ein zuverlässigeres Modell der Sonnenaktivität und ihres Einflusses auf die Erde erstellen. Zudem bestehen Pläne, Swarm mit früheren Missionen wie Cluster, deren von Airbus Defence and Space im Auftrag der ESA gefertigtes Satellitenquartett bereits die Magnetosphäre der Erde erforscht, oder dem NASA-Projekt STEREO (Sun TErrestrial RElations Observatory), dessen zwei Satelliten die Sonne beobachten, zu kombinieren.

Die Wissenschaftler hoffen, mithilfe all dieser Satelliten schon bald in der Lage zu sein, ausgeprägte Weltraumwettererscheinungen, die eine Gefahr für Energieversorgungs­netze und Satellitensysteme darstellen könnten, zu verfolgen. Langfristig wollen sie wesentlich bessere Computermodelle des erdnahen Weltraums erstellen, um die Auswirkungen künftiger Weltraumwetterphänomene vorhersagen zu können. Von in diesem Bereich neuentwickelten Produkten würden sowohl Satellitenbetreiber als auch Energieversorger und Telekommunikationsunternehmen profitieren.

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