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Reise nach Norwegen im November 2012


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Sonstige Experimente

Erste Hinweise darauf das Polarlichter das Erdmagnetfeld beeinflussen, gab es schon vor über 200 Jahren als Seefahrer von zitternden Kompassnadeln berichteten. Im 19.Jh. versuchte der Physiker Kristian Birkeland dies mit umfangreichen Messungen zu belegen. Birkeland ist in Norwegen auch heute noch hochangesehen. Fotos von seinem Labor fanden wir z.b. bei einem Besuch eines Hurtigrutenschiffs. Dort hingen sie an der Wand - nicht weit von einem Portrait des Königspaares entfernt. Birkeland ist auch auf dem 200 Kronenschein abgebildet. Sein berühmtestes Experiment mit einem künstlichen Polarlicht auf einer magnetischen Kugel ist in jedem Technik-Museum zu finden.
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Um den Einfluss der Polarlichter auf das Magnetfeld zu quantifizieren, reiste Birkeland an den Polarkreis. Er kombinierte dort einen Magneten mit einem Spiegel und versuchte über die Lichtablenkung den Effekt zu messen.

Der Versuchsaufbau läßt sich einfach nachstellen. Heute kann man statt eines parallelen Lichtstrahls einfach einen Laserpointer verwenden.
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Diese einfache Konfiguration wurde in ein Plastikaquarium eingebaut und für erste Tests benutzt. Wenn die geladenen Teilchen der Sonne in die Erdatmosphäre eindringen fließt ein Strom. Der Strom beeinflusst das Magnetfeld der Erde. Dabei kann eine Kompassnadel um mehrere Grad abweichen. Jürgen Michelberger hatte Birkelands Magnetometer etwas optimiert. Hinter dem Magneten sitzt eine Kupferplatte die als Wirbelstrombremse lokale Störungen kompensieren kann. Zudem ist es möglich durch eine regelbares Magnetfeld die vertikale Komponente des Magnetfelds auszuschalten um horizontale Effekte in Ost-Westrichtung besser sichtbar zu machen.

Das Experiment lief am Abend des 16.11.2012. Zwischen 18:16 und 23:58 UT wurde alle 2 min ein Bild des Laserpunktes aufgenommen.
Wenn man die jeweils hellsten Werte der Bildserie ermittelt, so ergibt sich auf der Wandtäfelung eine Linie, an der die maximale Auslenkung des Magneten zu erkennen ist.
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Um ein Zeitdiagramm zu erstellen wurde das obige Bild um 90 Grad gedreht und zeitlich gestreckt. Die Trennlinien der Holzpanele verlaufen nun waagerecht.
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Wenn man das Bild mit einer Kurve und einer Skala versieht, erhält man dieses Ergebnis:
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Beim Laserpunkt war eine Auslenkung von etwa 3,5 Grad zu beobachten. Ohne Kompensation wären es 0,7 Grad gewesen, die wir jedoch auch sicher hätten nachweisen können!

Die spannende Frage war nun ob unser Nachbau des einfachen Birkelandexperiments tatsächlich brauchbare Daten geliefert hat. Zur Überprüfung wurden Daten des Schwedischen Institutes für Weltraumphysik herangezogen. Es betreibt in Kiruna ein Magnetometer, dessen Daten im Internet abgerufen werden können. Unser Beobachtungszeitraum ist in der folgenden Grafik blau eingekastet.
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Wir hatten Glück, es gab tatsächlich eine gut sichtbare Aktivität und eine bemerkenswert hohe Korrelation.
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Es wurde versucht, die Magetometerkurve auch mit visuellen Eindrücken zu kombinieren. Mit den Fotos ist jedoch nur eine begrenzte Übereinstimmung zu erkennen. Sicher ist jedoch, dass wir zwischen 18:38 und 18:55 UT visuell ein Abziehen des Polarlichtovals verfolgen konnten. Danach gab es eine Ruhepause.
Um 21:40 UT gab es ein breites Aktivitätshoch mit ausgedehnten Polarlichtern die fast bis in den Zenit reichten.
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Während unserer Reise sahen wir auch einige ungewöhnliche atmosphärische Erscheinungen. So gab es einen schwachen Regenbogen auf einer Eisfläche den wir uns nicht erklären konnten. Die Farben waren so schwach,
dass sie auf dem folgenden  Foto nicht mitgekommen sind. Die sonnenzugewandte Seite war jedoch visuell deutlich rötlich, während die sonnenabgewandte Seite grün-bläulich schimmerte.




Bei der Abfahrt aus Kiruna sahen wir eine sehr intensive Nebensonne durch flachen Eisnebel auf dem Torne-Fluss




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Erste Experimente zur Magnetfeldmessung
Polarlichtexperiment in der Mitternachtsdämmerung