Messung mit dem selbstgebauten Fadenmagnetometer

Am Abend des 16. November 2012 wurden mit dem selbstgebauten Fadenmagnetometer Messungen in Jukkasjärvi (nähe Kiruna, Nordschweden) vorgenommen.
Der Laserpunkt des Magnetometers wurde auf die holzvertäfelte Wand der von uns bewohnten Hütte projiziert. Mit einem feststehenden Fotoapparat wurde der (wandernde) Punkt in Zeitintervallen von 120 Sekunden automatisch fotografiert.
Im Zeitraum von 18:16 bis 23:58 UT entstanden so insgesamt 172 Einzelaufnahmen, die zur Auswertung herangezogen wurden.

Während der Messungen befanden wir uns zur Polarlichtbeobachtung einige Kilometer entfernt. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit des Magnetometers sollten sich während der Messphasen grundsätzlich keine Personen im direkten Umkreis des Magnetometers (einige Meter) befinden. Metallische Gegenstände wie beispielsweise Gürtelschnallen oder bewegte metallische Gegenstände der Einrichtung (Stuhlbeine, Türklinken) können Auswirkungen auf die Auslenkung des Lasers haben. Weiterhin sollten sich im Abstand einiger Dutzend Meter keine Fahrzeuge befinden bzw. bewegen.

Aufbau und Einjustierung erfolgten sehr eilig und damit entsprechend “grob”, da wir an diesem Abend der visuellen Polarlichtbeobachtung Priorität einräumten. Trotzdem haben uns die erhaltenen Messergebnisse begeistert!

Dreht man alle Einzelbilder um 90 Grad im Gegenuhrzeigersinn und verschiebt jedes Bild gegenüber dem Vorgängerbild um einen kleinen Versatz nach rechts, erhält man ein Zeitdiagramm, das in seiner Darstellung (und seiner Funktion) den bekannten Magnetogrammen entspricht. Eine ursprüngliche Auslenkung nach rechts wird so zu einem "hohen" Punkt.

Der Laserpointer und das Spiegelsystem produzierten leider keinen schönen exakten Punkt sondern eher kleine “Kometen”. Kurz vor der Reise wurde das Magnetometer beschädigt und musste einer provisorischen Schnellreparatur unterzogen werden.
Es handelt sich allerdings nur um einen Schönheitsfehler.
Eine klarere grafische Darstellung erhält man, wenn man die Punkte durch Linien verbindet.

Kein Diagramm ohne Größenangaben.
Die Auslenkung des Punktes lässt sich in Grad angeben und ergibt sich aus der geometrischen Anordnung des Messaufbaus.
Durch die in den Digitalbildern abgelegten Aufnahmedaten lassen sich die Aufnahmezeitpunkte dem Diagramm exakt zuweisen. Weiterhin erfolgt eine Anpassung an Weltzeit.

Wenn man sich nun von den orginalen Fotopunkten ("Kometen") verabschiedet und zudem einen etwas schöneren Hintergrund wählt, so macht das entstandene Diagramm einen professionellen Eindruck.

Der spannendste Moment war dann gekommen als die aufgezeichnete Messkurve mit dem Magnetogramm eines offiziellen Magnetometers verglichen wurden.
In Kiruna betreibt das IRF (Swedish Institute of Space Physics) ein Magnetometer, dessen Messungen im Internet veröffentlicht werden. Diesen Magnetogrammen wurde die Kurve für die Y-Komponebte des Erdmagnetfelds entnommen und maßstabsgerecht in unser Diagramm übernommen (rote Kurve).

Wie empfindlich das Fadenmagnetometer reagiert hat, erkennt man, wenn man die Größenangaben der IRF-Messkurve (rot) betrachtet.
Unterschiede von ca. 80nT in der Y-Komponente des Erdmagnetfeldes haben zu Auslenkung von ca. 3,5 Grad des Laserstrahls unseres Fadenmagnetometers geführt.

Schwankungen von 80 nT in der horizontalen Y-Komponente sind eher bescheidene Werte für geomagnetische Störungen.
In der Nacht vom 13. auf den 14. November beispielsweise lagen die Variationen im Bereich von 1000 nT und damit bei mehr als dem zehnfachen Wert.

Ohne Kompensation der X-Komponente des Erdmagnetfelds (bzw. Reduzierung der X-komponente durch das Helmholtzspulenpaar) hätte man statt der gemessenen 3,5 Grad Auslenkung des Magnetometers eine Auslenkung von ca. 0,9 Grad messen können. Auch diese hätte erfasst und ausgewertet werden können.