Natuurkundigen ontdekken nieuwe manier om het magnetische veld van de aarde te meten

Het magnetisch veld van de aarde is een verrassend rijke bron van informatie over de structuur van de planeet. Metingen van het veld op de schaal van enkele meters kunnen begraven objecten zoals landmijnen of archeologische fragmenten aan het licht brengen. Magnetische veldkaarten op kilometerschaal kunnen helpen bij het lokaliseren van geologische formaties die wijzen op de aanwezigheid van olie of andere mineralen. En op de grootste schaal onthult het veld van de aarde details over de geodynamo die het genereert.

Maar er is een tussenschaal over lengtes van tientallen tot honderden kilometers die relatief slecht bestudeerd is. In theorie zou dit belangrijke details moeten onthullen over het gedrag van de buitenmantel, de zonnestille dynamo in de ionosfeer en ionenstromen in zout water die kunnen worden gebruikt om de oceaancirculatie te meten, een belangrijke factor in modellen van klimaatverandering.

De enige manier om het veld op deze schaal te meten, is door het apparaat gevoelig genoeg te laten vliegen om het in een vliegtuig of satelliet te detecteren. Maar de enorme kosten van dergelijke missies verklaren grotendeels de schaarste aan gegevens.

Vandaag schetsen James Higbie van de Bucknell University in Pennsylvania en een paar vrienden een geheel nieuwe manier om het magnetisch veld van de aarde te meten. Deze nieuwe techniek heeft het potentieel om magnetische veldkaarten te genereren tegen een fractie van de kosten van conventionele technieken.

Hun idee is om de natuurlijk voorkomende laag natriumatomen in de mesosfeer, zo'n 50 tot 80 kilometer boven het aardoppervlak, te exploiteren. Het plan is om deze atomen op één lijn te brengen met het magnetische veld van de aarde terwijl ze voortbewegen, iets dat relatief eenvoudig kan worden gedaan door ze te zappen met een circulair gepolariseerde laserstraal.

Wanneer de atomen en het veld precies zijn uitgelijnd, treedt een resonantie-effect in werking dat de fluorescentie van de natrium D1- en D2-spectraallijnen wijzigt. Dat is iets dat gemakkelijk met een camera op de grond kan worden opgepikt.

Dit geeft een meting van de sterkte van het veld op dat punt. Een kaart maken is dus gewoon een kwestie van de veldsterkte op veel punten meten.

Higbie en co bouwen momenteel een 20 Watt lasertest het idee. Als de techniek eenmaal geperfectioneerd is, zou het een eenvoudige klus moeten zijn om over de hele planeet metingen te doen.

Dat komt omdat de infrastructuur om het werk te doen grotendeels aanwezig is. Veel telescopen met adaptieve optiek gebruiken al lasers om natriumatomen in de mesosfeer te laten fluoresceren. Vervolgens gebruiken ze deze atomen als gidssterren om de adaptieve optica van hun telescoop te kalibreren.

De gegevens die dit oplevert, zouden een nieuwe manier moeten bieden om de structuur van de aarde te bestuderen op een schaal die tot nu toe grotendeels werd genegeerd. Een goede tijd om geofysicus te zijn.

Referentie: arxiv.org/abs/0912.4310 : Magnetometrie met Mesosferisch Natrium

Let op: ik neem er even tussenuit tijdens de vakantieperiode, terug op 4 januari. In de tussentijd zal de blog de hoogtepunten tonen van wat een interessant jaar is geweest voor de Physics arXiv Blog.
Het beste,
Kentucky

zich verstoppen