211service.com
Fysikere opdager ny måde at måle jordens magnetfelt på
Jordens magnetfelt er en overraskende rig kilde til information om planetens struktur. Målinger af feltet på få meters skala kan afsløre nedgravede genstande som landminer eller arkæologiske fragmenter. Magnetiske feltkort på kilometerskalaen kan hjælpe med at lokalisere geologiske formationer, der indikerer tilstedeværelsen af olie eller andre mineraler. Og på den største skala afslører Jordens felt detaljer om den geodynamo, der genererer den.
Men der er en mellemskala over længder på ti til hundrede af kilometer, som er relativt dårligt undersøgt. I teorien skulle dette afsløre vigtige detaljer om adfærden af den ydre kappe, den solstille dynamo i ionosfæren og ioniske strømme i saltvand, der kunne bruges til at måle havcirkulationen, en vigtig faktor i modeller for klimaændringer.
Den eneste måde at måle feltet på på denne skala er at flyve apparatet følsomt nok til at opdage det på et fly eller en satellit. Men de store omkostninger ved sådanne missioner forklarer i høj grad sparsomheden af data.
I dag skitserer James Higbie ved Bucknell University i Pennsylvania og et par venner en helt ny måde at måle Jordens magnetfelt på. Denne nye teknik har potentialet til at generere magnetfeltkort til en brøkdel af prisen for konventionelle teknikker.
Deres idé er at udnytte det naturligt forekommende lag af natriumatomer i mesosfæren, omkring 50 til 80 kilometer over jordens overflade. Planen er at få disse atomer til at stille op med Jordens magnetfelt, efterhånden som de præcesserer, noget der relativt nemt kan gøres ved at zappe dem med en cirkulært polariseret laserstråle.
Når atomerne og feltet er nøjagtigt justeret, starter en resonanseffekt, som modificerer fluorescensen fra natrium D1- og D2-spektrallinjerne. Det er noget, der nemt kan opfanges på jorden med et kamera.
Dette giver en måling af feltets styrke på det tidspunkt. Så at lave et kort er bare et spørgsmål om at måle feltstyrken på mange punkter.
Higbie og co er i øjeblikket ved at bygge en 20 Watt lasertest ideen. Når først teknikken er perfektioneret, burde det være en ligetil opgave at foretage målinger over hele planeten.
Det skyldes, at infrastrukturen til at udføre arbejdet stort set er på plads. Mange teleskoper med adaptiv optik bruger allerede lasere til at få natriumatomer i mesosfæren til at fluorescere. De bruger derefter disse atomer som ledestjerner til at kalibrere deres kikkerts adaptive optik.
De data, som dette producerer, skulle give en ny måde at studere Jordens struktur på i en skala, der stort set er blevet ignoreret indtil nu. Et godt tidspunkt at være geofysiker på.
Ref: arxiv.org/abs/0912.4310 : Magnetometri med mesosfærisk natrium
Bemærk: Jeg holder pause i ferieperioden, tilbage den 4. januar. I mellemtiden vil bloggen vise højdepunkterne fra det, der har været et interessant år for Physics arXiv Blog.
Alt det bedste,
Kentucky