27 مه 2024 – توسط پاتریشیا دلیسی، کالج مهندسی دانشگاه میشیگان
تغییرات میدان مغناطیسی جهانی زمین طی شش ماه در سال 2014 که توسط منظومه سه ماهواره ای آژانس فضایی اروپا اندازه گیری شد. نقشه سمت چپ میانگین میدان مغناطیسی و سمت راست تغییرات قدرت میدان مغناطیسی را در آن دوره نشان می دهد. اعتبار: آژانس فضایی اروپا/دانشگاه فنی دانمارک (ESA/DTU Space).
هسته بیرونی مذاب مایع زمین که بیشتر از آهن و نیکل تشکیل شده است، یک میدان الکترومغناطیسی از قطب شمال و جنوب اعمال می کند که از سیاره در برابر تشعشعات مضر ذرات خورشیدی محافظت می کند.
نوسانات در قدرت میدان مغناطیسی زمین – ناشی از تغییرات روزانه در ساختار بادهای خورشیدی و طوفان های متناوب خورشیدی – می تواند استفاده از مدل های میدان مغناطیسی را که برای ناوبری در ماهواره ها، هواپیماها، کشتی ها و ماشین ها ضروری هستند، تحت تاثیر قرار دهد.
مدل‌های میدان مغناطیسی بر اساس مکان جمع‌آوری داده‌ها متفاوت است – اعم از روی سطح زمین یا نزدیک به ماهواره‌های در مدار پایین زمین. تحقیقات گذشته تفاوت‌های مدل‌ها را به سطوح فعالیت آب و هوای فضا نسبت می‌دادند، اما تجزیه و تحلیل اخیر شش سال از مدل‌های میدان مغناطیسی زمین و ماهواره نشان داد که اختلاف مدل‌ها نیز به جای پدیده‌های ژئوفیزیکی به تنهایی ناشی از خطاهای مدل‌سازی است. نتایج در مجله تحقیقات ژئوفیزیکی: فیزیک فضایی منتشر شده است.
تیم تحقیقاتی دانشگاه میشیگان تفاوت‌های بین مشاهدات ماهواره‌های مدار پایین ماموریت Swarm و مدل میدان مغناطیسی زمین، سیزدهمین نسل از میدان مرجع بین‌المللی ژئومغناطیسی یا IGRF-13 را ارزیابی کرد. آنها بر تفاوت‌ها در شرایط ژئومغناطیسی کم تا متوسط که 98.1 درصد مواقع بین سال‌های 2014 و 2020 را شامل می‌شود، تمرکز کردند.
مشاهدات ماهواره ای جمع آوری شده در مکان های مختلف بالای زمین به نوسانات میدان مغناطیسی حساس هستند، در حالی که مدل های میدان مغناطیسی زمین از مشاهدات برای تخمین میدان مغناطیسی داخلی زمین بدون در نظر گرفتن تأثیر طوفان های خورشیدی استفاده می کنند. مدل‌های میدان مغناطیسی داخلی مانند IGRF-13 برای ردیابی تغییرات در قطب‌های مغناطیسی زمین، مانند جابجایی قطب شمال در حدود 45 کیلومتری شمال به شمال غربی در هر سال استفاده می‌شود.
درک این تفاوت های بزرگ برای عملیات ماهواره ای هنگام استفاده از IGRF-13 به عنوان مرجع و برای تحقیق در مورد فیزیک مگنتوسفر، یونوسفر و ترموسفر زمین مهم است.عدم قطعیت مدل در مناطق قطب شمال و جنوب بالاترین بود، و یک تجزیه و تحلیل آماری نشان داد که عدم تقارن بین مناطق قطب شمال و جنوب یکی از عوامل اصلی تفاوت‌های مدل است.
یینینگ شی، دستیار دانشمند پژوهشی در دانشگاه میشیگان علوم و مهندسی فضا و آب و هوا و نویسنده مرتبط در این مطالعه گفت: “ما اغلب یک میدان مغناطیسی تقریبا متقارن بین مناطق قطبی شمالی و جنوبی را فرض می کنیم، اما آنها در واقع بسیار متفاوت هستند .
دو قطب جغرافیایی به مختصات ژئومغناطیسی متفاوتی نگاشت می شوند. قطب شمال به حدود 84 درجه عرض جغرافیایی مغناطیسی (MLAT) و 169 درجه طول مغناطیسی (MLON) و قطب جنوب در حدود 74- درجه MLAT و 19 درجه MLON نقشه می کشد.
مسیر مدار قطبی ماهواره‌های Swarm یک سوگیری نمونه‌گیری با غلظت بالایی از اندازه‌گیری‌ها در اطراف قطب‌های جغرافیایی ایجاد می‌کند که تفاوت‌های مدل را تشدید می‌کند.
مارک مولدوین، پروفسور Arthur F Thurnau علوم و مهندسی آب و هوا و فضا در U-M و نویسنده ای در این مطالعه گفت: درک این موضوع که آنچه به اختلالات ژئوفیزیک نسبت داده شده است، واقعاً به دلیل عدم تقارن میدان مغناطیسی زمین است، به ما کمک می کند تا مدل های میدان ژئومغناطیسی را بهتر بسازیم و همچنین به ناوبری ماهواره ای و هوانوردی کمک کنیم.
موضوع دیگری که باعث نگرانی جامعه ناوبری شده است، این است که میدان مغناطیسی قطبی در حدود یک دهه گذشته به سرعت در حال تغییر بوده است.
مولدوین گفت: «این امر پیچیدگی بیشتری را برای ایجاد مدل‌های میدان مغناطیسی دقیق می‌افزاید.
