Jordens magnetfelt

Jordens magnetfelt skabes hovedsageligt af elektriske strømsystemer i Jordens indre. Lokale bidrag kan komme fra magnetiske mineraler i jordskorpen. Et lille bidrag kommer fra elektriske strømme i den øverste, ioniserede del af atmosfæren, ionosfæren, og fra de yderste regioner i Jordens magnetosfære, som afgrænses af solvinden.

DMI viderefører det geomagnetiske område, der var startet af H.C. Ørsted, og som blev knyttet til Instituttet ved dets grundlæggelse i 1872. Senere blev nordlysobservationer og ionosfæreundersøgelser i Grønland og Danmark knyttet til, og DMI driver et net af stationer i Danmark og Grønland og deltager i satellitprojekter, som f.eks. Ørsted-projektet. Målet er at skaffe viden om virkningerne af Solens magnetiske aktivitet, herunder solpletudbrud og solvindsforstyrrelser, på Jordens omgivelser, miljø og klima.

Billedet viser forestillingen om Jordens indre. Inderst en fast kerne hovedsageligt af jern og nikkel. Så en flydende kerne af smeltet metal, som er elektrisk ledende og i stadig bevægelse. Herved opstår der gennem en slags dynamovirkning elektriske strømme, som danner et magnetfelt. Yderst ses den faste skorpe, som kan indeholde magnetisk materiale, som lokalt kan ændre magnetfeltet fra Jordens indre. Magnetfeltet er vist ved feltlinjer ud i rummet.

Magnetfeltlinjerne kan jo ikke ses, men de kan følges gennem deres virkning. F.eks. vil en frit bevægelig magnetnål indstille sig i magnetfeltets retning. Hvis den kun kan dreje sig i et vandret plan, så vil den rette sig ind i retningen mod nord - ja, det er et kompas! Hvis den også kan dreje i et lodret plan vil den pege skråt ned i Jorden, som man kan se af feltlinjeforløbet. Vinklen mellem kompasnålens retning og geografisk nord kaldes "deklinationen" eller "misvisningen". Vinklen mellem vandret og retningen af en nål, der kan indstille sig i et lodret plan, kaldes "inklinationen". Magnetfeltet aftager i styrke, når man bevæger sig bort fra Jorden. Således har Jordens magnetfelt overalt både en bestemt retning og en vis styrke. Magnetfeltet fra Jordens indre er ikke helt konstant. Det varierer ganske langsomt både i styrke og retning fra år til år.

En lille del af det magnetiske felt man har på Jordens overflade stammer fra strømsystemer i den øvre atmosfære i 100-150 km's højde. Her er luften ioniseret af solens ultraviolette stråling og derfor elektrisk ledende, så der kan løbe strømme i disse højder. Disse strømsystemer er især kraftige ved soludbrud, hvor de magnetiske virkninger af strømmene i den øvre atmosfære kan blive så voldsomme, at man betegner sådanne begivenheder som "magnetiske storme". Under magnetiske storme er der gode muligheder for forekomst af nordlys over Danmark. Under magnetisk rolige forhold ses nordlysene kun i de polare egne.

Grafik NASA

Satellitmålinger

DMI deltager i Ørsted-projektet og i andre satellit-projekter bl.a. det dansk-argentinsk-amerikanske SAC-C satelliteksperiment, hvor det danske bidrag meget ligner instrumenterne på Ørsted-satellitten. DMI driver SAC-C satellit-datacenter sammen med Ørsted Science datacenter.

Desuden deltager DMI i analysen af data fra den tyske CHAMP-satellit, der blev opsendet den 16. juli 2000, og som bl.a. medfører danskbyggede magnetometer-instrumenter, der svarer til Ørsteds instrumentlast samt GPS-instrumenter. Endelig er der i december 2002 opsendt en australsk satellit FedSat med lignende instrumentering.

Jordbaserede observationer

De vigtigste jordbaserede observationer af forholdene i den øvre atmosfære er følgende:

• Magnetometermålinger af Jordens varierende magnetfelt.
• Riometermålinger af partikelstråling i den øvre atmosfære
• Radarmålinger af ionisering og bevægelser i den øvre atmosfære
• Digisondemålinger af ionosfærens elektronindhold

Hovedformålet for disse undersøgelser er at skaffe viden om sammenhængen mellem aktivitet på Solen som solpletter og soludbrud og forholdene på Jorden, specielt indvirkningen på Jordens klima. Disse målinger indgår i det internationale samarbejde, som bl.a. udfoldes gennem "International Solar-Terrestrial Physics" (ISTP) organisationen. Det danske bidrag omfatter de meget væsentlige observationer fra Grønland i polarområdet, hvor koblingen mellem solvinden og Jordens øvre atmosfære er særligt fremherskende. Målingerne er også vigtige for muligheden for at udnytte GPS-teknikken til vejr- og klimaovervågning, idet det er nødvendigt at tage hensyn til fluktuationer i ionosfæren i dataanalysen.

Jordbaserede magnetiske målinger

DMI udfører magnetiske målinger fra et antal stationer i Grønland og fra Brorfelde på Sjælland. Her til venstre er et luftfoto af observatoriet, hvor man ser de små umagnetiske træbygninger hvor målingerne udføres. Ved de magnetiske målinger benyttes specielle magnetometre (Fluxgate magnetometre) konstrueret og fremstillet på DMI. Et eksemplar er vist i billedet nedenfor.

Magnetiske observationer fra Grønland gennem mere end 75 år

Bygning af Magnetisk Observatorium i Qeqertarsuaq

Den 1. februar 1926 - for mere end 75 år siden - startede DMI de første rutinemæssige magnetiske registreringer i Grønland. Det skete fra det nybyggede observatorium i Qeqertarsuaq (Godhavn). Observatoriet blev oprettet i Grønland efter stærk anbefaling fra den "Internationale Union for Geodæsi og Geofysik" (IUGG). IUGG vedtog på årsmødet i Madrid i Oktober 1924 en resolution om vigtigheden af magnetiske målinger i Grønland. Den lyder (i oversættelse):

"I lyset af Grønlands geografiske beliggenhed og af den betydning, kontinuerte magnetiske og elektriske data fra denne region ville have for udforskningen af Jordens magnetisme og elektricitet, betragtes det som højest ønskværdigt at etablere et magnetisk observatorium på det mest passende sted af Grønlands vestkyst"

Daværende indenrigsminister C.N. Hauge skaffede bevilling til bygning af observatoriet og var selv i Qeqertarsuaq ved grundstensnedlæggelsen den 6. september 1925. Marineministeriet, hvorunder DMI dengang hørte, gav tilsagn om udlån af magnetiske måleinstrumenter og inventar. Observatoriet blev udformet af daværende direktør for DMI, Dan la Cour, som var ekspert i magnetiske målinger, og han deltog iøvrigt personligt i byggearbejdet i Qeqertarsuaq. Her gøres der klar til rejsegildet den 18. august 1925.

Den første bestyrer af det magnetiske observatorium i Qeqertarsuaq var den geomagnetiske forsker, dr. G. Ljungdahl fra "Kungliga Sjökarteverket i Stockholm. Han var med fra starten til at foretage de magnetiske opmålinger og forundersøgelser, valgte observatoriets endelige placering og startede støbningen af fundament med sand hentet 100 km derfra, hovedsagelig fra Kronprinsens Ejland. Sandet i Qeqertarsuaq var nemlig for magnetisk og kunne forstyrre de følsomme målinger.

Instrumentering af Magnetisk Observatorium

Det var også Ljungdahl, der i den kolde og mørke vinter 1925/26 installerede de følsomme magnetiske instrumenter. Der var jo ikke indlagt elektricitet og strømmen til drift af instrumenterne måtte tages fra nogle akkumulatorer, der ind imellem skulle oplades på den nærliggende radiostation (Godhavn Radio). De magnetiske observationer fra Qeqertarsuaq nød i høj grad godt af la Cours internationalt anerkendte ekspertise vedrørende konstruktion af magnetiske præcisionsinstrumenter.

Sammen med sin unge assistent, Viggo Laursen, udviklede la Cour en række fremragende præcise, robuste og meget energinøjsomme magnetiske måleinstrumenter, som passede fortrinligt til de kolde og barske forhold ved observatoriet i Qeqertarsuaq. Disse instrumenter blev bygget ved DMI's danske magnetiske observatorium i Rude Skov og blev i øvrigt solgt til en lang række observatorier overalt i verden. Et af disse instrumenter, det såkaldte LaCour magnetometer er der fremstillet (og solgt) flere hundrede eksemplarer af. Det kendes af magnetiske observatorier og forskere over hele Jorden. Ljungdahl blev året efter (1927) afløst af den unge Johs. Olsen, der i øvrigt senere blev en af DMI's fremtrædende, internationalt anerkendte forskere indenfor geomagnetisme.

Bestyrerbolig

Der blev bygget en flot bestyrerbolig (billedet), som samtidigt tjente som arbejdsplads ved opgaver som f.eks. behandling af de fotografiske film, der blev anvendt ved de magnetiske registreringer, udmåling af magnetogrammer, beregning af kalibreringskonstanter og bestemmelse af magnetiske indeksværdier. I selve det magnetiske observatorium skal aktiviteter nødvendigvis indskrænkes til et minimum for at undgå at forstyrre de følsomme magnetiske målinger.

De første bestyrere af det magnetiske observatorium var udsendt fra Danmark. Ved observatoriet blev der ansat grønlandsk medhjælp. Den første assistent var Ole Mølgård, som i mange år gjorde et fremragende arbejde på observatoriet. Boligforholdene for de udsendte danskere var dengang også noget forskellige fra lokalbefolkningens (billedet). I de senere år har observatoriet været bestyret af lokale folk.

Resultater fra de magnetiske observationer

Det magnetiske observatorium i Qeqertarsuaq har gennem de forløbne mere end 75 år leveret data af meget høj kvalitet. Målingerne i Qeqertarsuaq har bidraget væsentligt med data til modellering af Jordens foranderlige magnetfelt fra den indre, flydende kerne, herunder til kortlægningen af den såkaldte "pol-vandring". Tillige er Qeqertarsuaq beliggende i det specielle område ("cusp-regionen"), hvor Jordens magnetfelt åbner sig mod verdensrummet, og de magnetiske forstyrrelser afspejler her en meget direkte og kraftig indflydelse fra den varierende solvind. De magnetiske målinger fra Qeqertarsuaq har været anvendt i mange hundrede videnskabelige arbejder om forbindelsen mellem forstyrrelser på Solen og i solvinden og forholdene i Jordens øvre atmosfære, bl.a. elektriske strømme og nordlys.

Disse omfattende videnskabelige arbejder vedrørende magnetiske forhold i polarområdet, som bl.a. i stor udstrækning er foregået på DMI, var blandt de væsentligste faktorer, der førte til udformningen af Ørsted-satellitprojektet. Ved de igangværende videnskabelige arbejder baseret på de utroligt vellykkede magnetiske målinger fra Ørsted-satellitten spiller de magnetiske observationer fra DMI's moderne observatorium i Qeqertarsuaq og andre observatorier i Grønland en væsentlig rolle.

Læs også om pol på polvandring.

For yderligere information om observatoriet i Qeqertarsuaq og magnetiske målinger i Grønland kan man kontakte:

Ole Rasmussen, ansvarlig for DMI's magnetiske målinger. Tlf.: 39157475, e-mail: or@dmi.dk eller Peter Stauning, tlf.: 39157473, e-mail: pst@dmi.dk

Juli 2004