Magnetfeld der Erde: Der Schutzschild wird schwächer

Drei Esa-Satelliten haben das Magnetfeld der Erde genauer vermessen als je zuvor. Aus gutem Grund - denn unsere Abwehr gegen gefährliche Teilchenstürme aus dem All ist zuletzt immer schwächer geworden.

Die ganze Sache ist schon mehr als überfällig. Durch Gesteinsproben vom Boden des Atlantiks wissen Forscher, dass das Magnetfeld der Erde im Schnitt etwa alle 250.000 Jahre seine Richtung ändert. Der letzte sogenannte Polsprung, die Brunhes-Matuyama-Umkehr, fand allerdings schon vor etwa 780.000 Jahren statt. Der nächste Wechsel könnte also bald bevorstehen, jedenfalls in geologischen Dimensionen betrachtet. Der Prozess selbst dauert wohl immer noch Tausende von Jahren - manche Forscher halten auch einen deutlich schnelleren Ablauf für möglich.

Das Magnetfeld dient der Erde als Schutzschild vor hochenergetischen Teilchenstürmen. Die werden regelmäßig von der Sonne ins All geschleudert - und könnten unserer Atmosphäre gefährlich werden: Die rasanten Partikel würden nach und nach die Moleküle der Gashülle mit sich fortreißen. So dürfte es zum Beispiel auf dem Mars passiert sein, der kein Magnetfeld hat - und nur eine sehr dünne Atmosphäre.

Doch zu unserem Glück werden die hochenergetischen Partikel entlang der Magnetfeldlinien um die Erde herumgelenkt. So entsteht ein schützender Kokon für unseren Planeten. Auch im Fall eines Polsprungs bestünde keine Gefahr für das Leben auf der Erde.

Dennoch hat sich das Magnetfeld der Erde in einem Tempo verändert, das Wissenschaftler stutzig gemacht hat. In den vergangenen 100 Jahren ist es global gesehen um rund fünf Prozent schwächer geworden. In bestimmten Gebieten, etwa im Atlantik vor der Küste Brasiliens, hat es noch deutlich mehr an Kraft verloren. Im Bereich dieser sogenannten Südatlantischen Anomalie war ein Minus von fünf Prozent in zehn bis fünfzehn Jahren zu beobachten.

Abschwächung über Amerika beobachtet

Drei europäische Satelliten haben nun in ungekannter Genauigkeit vermessen, wie schnell der Wandel vonstatten geht. Die "Swarm"-Satelliten fliegen seit vergangenem Herbst um die Erde. Die Europäische Weltraumorganisation (Esa) hat die ersten Ergebnisse der "Swarm"-Mission am Donnerstag auf einem Kongress in Kopenhagen vorgestellt.

"Generell konnten wir eine Abschwächung beobachten", berichtete Nils Olsen von Dänemarks Technischer Universität (DTU), "aber in manchen Bereichen gab es auch einen Anstieg". So hat das Magnetfeld vor allem über Nord- und Südamerika innerhalb der sechs Monate der Mission an Stärke verloren, kräftiger geworden ist es über dem Indischen Ozean.

Die drei baugleichen Satelliten "Alpha", "Bravo" und "Charlie" haben Magnetometer an Bord, die Richtung und Stärke des Magnetfeldes erfassen können. Die Messgeräte sind auf vier Meter langen Auslegern untergebracht, damit sie von der restlichen Technik an Bord des Satelliten möglichst wenig gestört werden.

Weil die Satelliten nah beieinander fliegen, sind ihre Messungen besonders präzise: "Alpha" und "Charlie" fliegen gemeinsam in rund 460 Kilometern Höhe, "Bravo" ist bei 510 Kilometern unterwegs. Die Position der Satelliten war nach dem Start noch einmal umgestellt worden, weil ein Backup-Magnetometer von "Charlie" ausgefallen war.

"Ein abschließendes Ergebnis haben wir noch nicht", sagt Forscher Olsen. Die Mission habe ja gerade erst begonnen. Die "Swarm"-Satelliten sollen vier Jahre fliegen, mindestens. Bei der Esa hofft man, durch spritsparende Flugbahnen noch weit mehr herauszuholen. Die Rede ist von zehn Jahren.

Wanderung Richtung Sibirien

Und zu beobachten gibt es genug: Die Satelliten sehen, wie Sonnenstürme das Magnetfeld zeitweilig verbeulen, wie in Ozeanströmungen gelöste Salz-Ionen seine Stärke ständig ändern - und wie verschiedene Gesteinsarten in der Erdkruste das Feld beeinflussen.

Besonders spannend ist aber der Blick tief ins Innere der Erde: Vorgänge dort sind für rund 95 Prozent der Stärke des Magnetfeldes verantwortlich: Um einen festen Kern aus Eisen und Nickel gibt es eine Zone, in der das Metall flüssig ist. Zum einen rotieren der feste innere Erdkern und seine Umgebung unterschiedlich schnell, zum anderen bilden sich im flüssigen Bereich sogenannte Konvektionsströme, die sich mit etwa zehn Kilometer pro Jahr bewegen.

Dabei steigen große Mengen an flüssigem Metall in weiter vom Zentrum entfernte Bereiche auf. Erdrotation und Masseträgheit des Metalls lassen dabei schraubenförmige Bahnen entstehen. Weil bereits ein schwaches Magnetfeld existiert, wird ein Strom induziert - und das Magnetfeld weiter verstärkt. Geodynamo heißt das Ganze im Fachjargon.

Doch die Magnetmaschine unterliegt einem ständigen Wandel. Deswegen wandert auch der Pol auf der Erdoberfläche. Der magnetische Südpol im arktischen Kanada verschiebt sich pro Tag um etwa 90 Meter. Aktuell, das zeigen die neuen Daten, geht es noch weiter nach Norden - nach Schätzungen der "Swarm"-Forscher etwa bis zum Jahr 2019. Dann macht sich der Magnetpol wohl in Richtung Sibirien auf den Weg.