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Das ErdmagnetfeldBeispiel für die Verknüpfung von Astro- und Geophysik
Andre Giesecke
Astrophysikalisches Institut Potsdam
Lange Nacht der Sterne 2004 Andre Giesecke, Astrophysikalisches Institut Potsdam http://www.aip.de – p.1/15
Bedeutung des Magnetfeldes
Orientierung
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Bedeutung des Magnetfeldes
dominiert elektromagnetische Prozessein der Atmosphäre mit direkt beobachtbarenKonsequenzen ⇒ Schutz vor kosmischer Strahlung,Polarlichter, Weltraumwetter
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Aufbau der Erde
Seismologische Untersuchungen: Ausbreitung vonSchallwellen durch die Erde ⇒ Druck, Dichte, Temperatur,chemische Zusammensetzung
Kruste und Mantelaus Silikaten
flüßiger äußerer undfester innerer Kernaus Eisen
ca. 10% Anteil leichte-re Elemente im flüssi-gen Erdkern
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Die Erde als StabmagnetFeld an derErdoberfläche istein Dipolfeld, das imInnern der Erdeerzeugt wird
Dipolachse istannähernd parallelzur Rotationsachse
neben Gravitationund Schallwellenist das Magnetfeldder einzige Indikatorfür physikalischeProzesse im Innernder Erde
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Paläomagnetismus
magnetisierteseisenhaltigesGestein kühlt ab⇒ Einfrieren vonMagnetfeldricht-ung und-stärke
Das Magnetfeldder Erde existiertseit mehr als 3Milliarden Jahr-en mit nahezuunveränderterStärke
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Umpolungen (Reversals)
unregelmäßige Umpolungen alle paar 100 000 Jahre(zuletzt vor 500000 Jahren)
eigentliche Umpolvorgang erfolgt sehr schnell(∼ 5000 Jahre)
letzten 2000 JahreAbnahme derFeldstärke um 30 %aber kein Hinweisauf bevorsteh-ende Umpolung
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Beobachtungen
Direkte Messungenseit 400 Jahren
GöttingerMagnetischerVerein liefert 1830die Basis fürweltweite Magnet-feldobservatorien
Observatorien +Rekonstruktion vonDaten z.B. ausaltem Logbüchern
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400 Jahre direkte Beobachtungen
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Satellitenbeobachtungen
Champ
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Herkunft des Magnetfeldes
zu hohe Temperatur im Erdinnern ⇒ keine per-manente Magnetisierung möglich
Strömungen im flüssigenErdkern erzeugendas Magnetfeld
Umwandlungvon kinetischer(Bewegungs-) Energiein magnetische Energie
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Herkunft des Magnetfeldes
Fahraddynamo: Leiter rotiert im Magnetfeld ⇒ StromGeodynamo: Strom rotiert und produziert/erhältMagnetfeld
Auftriebskraft + Einfluss der Rotation (Coriolis-Kraft) +Rückwirkung des Magnetfeldes (Lorentz-Kraft) ⇒Dynamo
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Experimentelle Dynamos
Karlsruhe DynamoExperiment
flüssiges Natrium alsLeiter
anfängliches Saatfeldwird verstärkt ⇒Demonstration derprinzipiellen Möglichkeitselbst erregter Dynamos
Untersuchung des Sätti-gungsmechanismus unddes Einflußes von Turbu-lenz
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Simulationen des GeodynamosNumerische Lösungen derGleichungen, die dasVerhalten eines flüssigenLeiters in einer rotierendenKugelschale beschreiben
Ergbnisse: VirtuelleDynamos, die vielecharakteristischeEigenschaften desErdmagnetfeldesaufweisen
Problem: Viele wichtige Pa-rameter in den Simulatio-nen müssen falsch gewähltwerden
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Simulationen des GeodynamosNumerische Lösungen derGleichungen, die dasVerhalten eines flüssigenLeiters in einer rotierendenKugelschale beschreiben
Ergbnisse: VirtuelleDynamos, die vielecharakteristischeEigenschaften desErdmagnetfeldesaufweisen
Problem: Viele wichtige Pa-rameter in den Simulatio-nen müssen falsch gewähltwerden
Lange Nacht der Sterne 2004 Andre Giesecke, Astrophysikalisches Institut Potsdam http://www.aip.de – p.14/15
Simulationen des GeodynamosNumerische Lösungen derGleichungen, die dasVerhalten eines flüssigenLeiters in einer rotierendenKugelschale beschreiben
Ergbnisse: VirtuelleDynamos, die vielecharakteristischeEigenschaften desErdmagnetfeldesaufweisen
Problem: Viele wichtige Pa-rameter in den Simulatio-nen müssen falsch gewähltwerden
Start Start
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Ende
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