Die südatlantische Anomalie im Magnetfeld der Erde unterliegt unerwarteten Veränderungen

Anhand von 11 Jahren Magnetfeldmessungen der Swarm-Satellitenkonstellation der ESA haben Wissenschaftler herausgefunden, dass sich diese Region mit schwachem Magnetfeld seit 2014 auf eine Fläche ausgedehnt hat, die fast halb so groß ist wie Kontinentaleuropa.

Das Magnetfeld der Erde ist für das Leben auf unserem Planeten unverzichtbar. Es ist eine komplexe, dynamische Kraft, die uns vor kosmischer Strahlung und geladenen Sonnenpartikeln schützt.

Es wird hauptsächlich durch einen globalen Ozean aus geschmolzenem Eisen erzeugt, der im äußeren Kern etwa 3.000 km unter unseren Füßen wirbelt. Wie ein sich drehender Leiter in einem Fahrraddynamo erzeugt er elektrische Ströme, die wiederum unser sich ständig veränderndes elektromagnetisches Feld erzeugen – wobei die damit verbundenen Prozesse noch komplexer sind.

Swarm, eine im Rahmen des FutureEO-Programms der ESA entwickelte Earth Explorer-Mission, besteht aus drei identischen Satelliten, die magnetische Signale aus dem Erdkern, Erdmantel, der Erdkruste, den Ozeanen, der Ionosphäre und der Magnetosphäre präzise messen.

Bedeutende Veränderungen in der Südatlantischen Anomalie

Dank dieser außergewöhnlichen Mission gewinnen Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Ursachen des Magnetismus, um zu verstehen, warum das Feld in einigen Gebieten schwächer und in anderen stärker wird.

Die SAA wurde erstmals im 19. Jahrhundert südöstlich von Südamerika entdeckt.

Heute ist diese Anomalie für die Weltraumsicherheit von besonderem Interesse, da Satelliten, die diese Region überqueren, höheren Strahlungsdosen ausgesetzt sind, was zu Fehlfunktionen, Hardwareschäden oder sogar Ausfällen führen kann.

In diesem Monat in Physics of the Earth and Planetary Interiors veröffentlicht, zeigen die neuesten Ergebnisse der Swarm-Mission, dass sich die SAA zwischen 2014 und 2025 stetig ausgedehnt hat, während in einem Gebiet des Atlantischen Ozeans südwestlich von Afrika seit 2020 eine noch schnellere Abschwächung des Erdmagnetfelds zu verzeichnen ist.

„Die SAA ist kein einheitlicher Block“, erklärt Chris Finlay, Professor für Geomagnetismus an der Technischen Universität Dänemark. „Sie verändert sich in Richtung Afrika anders als in der Nähe von Südamerika. Es geschieht etwas Ungewöhnliches, das zu einer stärkeren Abschwächung in dieser Region führt.“

Dieses Verhalten steht im Zusammenhang mit seltsamen magnetischen Mustern an der Grenze zwischen dem flüssigen äußeren Kern der Erde und ihrem felsigen Mantel, die als Reverse-Flux-Patches bekannt sind.

Professor Finlay erklärt: „Normalerweise würden wir erwarten, dass Magnetfeldlinien den Kern in der südlichen Hemisphäre verlassen. Unter der SAA beobachten wir jedoch unerwartete Zonen, in denen das Feld zum Kern zurückkehrt. Dank Swarm können wir eine dieser Zonen verfolgen, die sich westlich über Afrika bewegt und dort zur Abschwächung der SAA beiträgt.“

Swarm's Rekord 11 Jahre

Das neueste Modell des vom Erdkern erzeugten Magnetfelds ist ein Meilenstein für die Swarm-Satelliten der ESA, die nun die längste kontinuierliche Aufzeichnung von Magnetfeldmessungen aus dem Weltraum liefern.

Die Satelliten wurden am 22. November 2013 als vierte Earth Explorer-Mission gestartet und sind wegweisende Satelliten, die eine Schlüsselkomponente des FutureEO-Programms der ESA bilden.

Diese Missionen, die als Demonstratoren innovativer Erdbeobachtungstechnologien konzipiert wurden, haben ihre ursprüngliche Lebensdauer längst überschritten, sind zu einem integralen Bestandteil langfristiger Aufzeichnungen geworden, haben Daten für kritische operative Dienste geliefert und den Weg für zukünftige Satellitengenerationen geebnet.

Schwarmdaten unterstützen globale Magnetmodelle für die Navigation, überwachen Weltraumwetterrisiken und liefern beispiellose Einblicke in unser Erdsystem, vom Erdkern bis zu den äußeren Bereichen der Atmosphäre.

Verstärkung und Abschwächung magnetischer Regionen

Die neuesten Ergebnisse von Swarm unterstreichen die Dynamik des Erdmagnetismus. Auf der Südhalbkugel gibt es eine Region mit besonders starkem Magnetfeld, während es auf der Nordhalbkugel zwei davon gibt: eine um Kanada und eine um Sibirien.

„Das Magnetfeld der Erde zu verstehen bedeutet mehr, als nur einen einfachen Dipol wie einen Stabmagneten zu sehen. Nur Satelliten wie Swarm ermöglichen es uns, seine Struktur vollständig zu kartografieren und Veränderungen zu beobachten“, sagt Professor Finlay.

Seit Swarm in die Umlaufbahn eingetreten ist, hat sich das Magnetfeld über Sibirien verstärkt, während es sich über Kanada abgeschwächt hat. Die kanadische Hochfeldregion ist um 0,65 % der Erdoberfläche geschrumpft, was fast der Größe Indiens entspricht, während die sibirische Region um 0,42 % gewachsen ist, was mit Grönland vergleichbar ist.

Dieses turbulente Verhalten hängt mit der Verschiebung des magnetischen Nordpols in Richtung Sibirien zusammen, was für die Navigation von Bedeutung ist, da die Wechselwirkung zwischen diesen Hochfeldregionen die Kompassanzeigen beeinflusst.

Anja Stromme, ESA-Swarm-Missionsleiterin, erklärt: „Es ist wirklich bemerkenswert, dank der erweiterten Zeitreihe von Swarm ein Gesamtbild der Dynamik der Erde zu sehen. Alle Satelliten sind in gutem Zustand und liefern hervorragende Daten, sodass wir hoffen, diese Aufzeichnungen über das Jahr 2030 hinaus fortsetzen zu können, wenn das Sonnenminimum beispiellose Einblicke in unseren Planeten bieten wird.“

Quelle: ESA