Изменения глобального магнитного поля Земли за шесть месяцев 2014 года, измеренные трехспутниковой группировкой Swarm Европейского космического агентства. Левая карта показывает среднее магнитное поле, а правая — изменения напряженности магнитного поля за этот период. Фото: Европейское космическое агентство/Датский технический университет (ESA/DTU Space).
Жидкое расплавленное внешнее ядро Земли, состоящее в основном из железа и никеля, создает электромагнитное поле, простирающееся от северного и южного полюса, которое защищает планету от вредного излучения солнечных частиц.
Колебания силы магнитного поля Земли, вызванные ежедневными изменениями в структуре солнечного ветра и периодическими солнечными бурями, могут повлиять на использование моделей геомагнитного поля, которые необходимы для навигации на спутниках, самолетах, кораблях и автомобилях.
Модели магнитного поля различаются в зависимости от места сбора данных — либо на поверхности Земли, либо вблизи нее, либо на низкоорбитальных спутниках Земли. Предыдущие исследования связывали различия моделей с уровнями активности космической погоды, но недавний анализ моделей магнитного поля Земли и спутников за шесть лет показал, что расхождения моделей также вызваны ошибками моделирования, а не только геофизическими явлениями. Результаты опубликованы в Журнале геофизических исследований: Космическая физика.
Исследовательская группа Мичиганского университета оценила различия между наблюдениями низкоорбитальных спутников миссии Swarm и моделью магнитного поля Земли, тринадцатого поколения Международного геомагнитного эталонного поля или IGRF-13. Они сосредоточились на различиях в геомагнитных условиях от низких до умеренных, которые охватывают 98,1% времени между 2014 и 2020 годами.
Спутниковые наблюдения, собранные в разных местах над Землей, чувствительны к колебаниям магнитного поля, тогда как модели магнитного поля Земли используют наблюдения для оценки внутреннего магнитного поля Земли без учета влияния солнечных бурь. Модели внутреннего магнитного поля, такие как IGRF-13, используются для отслеживания изменений магнитных полюсов Земли, например, ежегодного смещения Северного полюса примерно на 45 км на северо-северо-запад.
Понимание этих больших различий важно для работы спутников при использовании IGRF-13 в качестве эталона, а также для исследований физики магнитосферы, ионосферы и термосферы Земли.
Неопределенность модели была самой высокой в северных и южных полярных регионах, а статистический анализ показал, что асимметрия между северными и южными полярными регионами была основным фактором, вызывающим различия в моделях.
«Мы часто предполагаем, что магнитное поле между северным и южным полярными регионами почти симметрично, но на самом деле они очень разные», — сказал Инин Ши, помощник научного сотрудника Мичиганского университета в области климатических и космических наук и инженерии и автор исследования. .
Два географических полюса соответствуют разным геомагнитным координатам. Северный полюс соответствует примерно 84 ° магнитной широты (MLAT) и 169 ° магнитной долготы (MLON), а Южный полюс — примерно -74 ° MLAT и 19 ° MLON.
Траектория полярной орбиты спутников Swarm создает смещение выборки с высокой концентрацией измерений вокруг географических полюсов, что усугубляет различия в моделях.
«Понимание того, что то, что приписывают геофизическим возмущениям, на самом деле происходит из-за асимметрии магнитного поля Земли, поможет нам лучше создавать модели геомагнитного поля, а также поможет в спутниковой и авиационной навигации», — сказал Марк Молдвин, профессор Артура Ф. Турнау. Климатические, космические науки и инженерия в UM и автор исследования.
Еще одна проблема, вызывающая обеспокоенность навигационного сообщества, заключается в том, что полярное магнитное поле быстро менялось за последнее десятилетие или около того.
«Это усложняет создание точных моделей магнитного поля», — сказал Молдвин.
Информация от: Инженерным колледжем Мичиганского университета.
