Изменяющееся, нерегулярное магнитное поле Земли вызывает головную боль у полярной навигации.

Жидкое расплавленное внешнее ядро Земли, состоящее в основном из железа и никеля, создает электромагнитное поле, простирающееся от северного и южного полюсов, которое защищает планету от вредного излучения солнечных частиц.

Колебания напряженность магнитного поля Земли – вызванная ежедневными изменениями в структуре солнечного ветра и периодическими солнечными бурями – может повлиять на использование моделей геомагнитного поля, необходимых для навигации на спутниках, самолетах, кораблях и автомобилях.

Модели магнитного поля различаются в зависимости от того, где собираются данные: на поверхности Земли или вблизи нее, или на низкоорбитальных спутниках. Предыдущие исследования связывали различия в моделях с уровнем активности космической погоды, но недавний анализ моделей магнитного поля Земли и спутников за шесть лет показал, что различия в моделях также вызваны ошибками моделирования, а не только геофизическими явлениями. Результаты опубликованы в Journal of Geophysical Research: space physics.

Исследовательская группа Мичиганского университета оценила различия между наблюдениями спутников миссии Roy на низкой околоземной орбите и моделью магнитного поля Земли тринадцатого поколения International Geomagnetic Reference Field 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 различных точках Земли, чувствительны к вариациям магнитного поля, в то время 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 отслеживать изменения в магнитных полюсах Земли, например, ежегодное смещение Северного полюса примерно на 45 км к северо-северо-западу.

Понимание этих больших различий важно для спутниковых операций при использовании IGRF-13 в качестве эталона, а также для изучения физики магнитосферы, ионосферы и термосферы Земли.

Неопределенность моделей была наибольшей в северной и южной полярных областях, и статистический анализ показал, что асимметрия между северной и южной полярными областями была основным фактором, вызывающим различия в моделях.

“Мы часто предполагаем, что магнитное поле между северной и южной полярными областями почти симметрично, но на самом деле они сильно отличаются”, – говорит Инин Ши, младший научный сотрудник Мичиганского университета по климатическим и космическим наукам и технике 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 соответствует примерно -74° MLAT и 19° MLON.

Траектория полярной орбиты спутников Swarm создает смещение выборки с высокой концентрацией измерений в районе географических полюсов, что усугубляет различия в моделях.

“Понимание того, что то, что приписывается геофизическим возмущениям, на самом деле обусловлено асимметрией магнитного поля Земли, поможет нам лучше создавать модели геомагнитного поля, а также поможет в навигации спутников и самолетов”, – сказал Марк Молдвин, профессор Артур Ф. Турнау. Климатологии, космических наук и инженерии в Университете Южной Калифорнии и автор исследования.

Еще одной проблемой для навигационного сообщества является то, что полярное магнитное поле быстро изменилось за последнее десятилетие или около того.

“Это затрудняет создание точных моделей магнитного поля”, – говорит Молдвин.