Mein Eigenbau-Magnetometer (Lichtschranke und Elektronik)

Magnetometer von Martin Wagner in Sonnenbühl-Genkingen

Mein Eigenbau-Magnetometer in 72820 Sonnenbühl-Genkingen

Seit dem 7. April 2000, an dem ich mein erstes Polarlicht gesehen habe, begeistere ich mich für dieses Naturschauspiel. Im Internet bin ich fast täglich auf der Polarlichtseite des AKM (Arbeitskreis Meteore). Dort habe ich auch die Anleitung für mein Eigenbau-Magnetometer gefunden, das ich mit relativ einfachen Mitteln zusammengebaut habe. Nach einigem Probieren lieferte es bald brauchbare Werte, die sich teilweise sogar mit professionellen Magnetometern vergleichen lassen, wie folgendes Beispiel zeigt:

Dieses Diagramm zeigt einen Vergleich der während des geomagnetischen Sturms vom 8.4.2001 aufgenommenen Magnetogramms in Magnetsrode (Braunschweig) (sekündliche Datenwerte, blau) mit dem von meinem eigenen Magnetometer aufgenommenen Magnetogramm (rot).

Mein Magnetometer mißt den By- Wert des Erdmagnetfeldes. Allerdings kann ich nur relative Feldstärken messen, also Feldsterkeänderungen. Absolute Werte kann ich nur durch Vergleich mit geeichten Magnetometern erhalten.

Das Funktionsprinzip meines Eigenbau-Magnetometers ist sehr einfach: Ein Laserpointer leuchtet auf einen Spiegel, an dem ein Magnetrührstäbchen befestigt ist. Der Spiegel hängt frei drehbar an einem Zwirnsfaden in einem verschlossenen Glaskasten. Der Strahl des Laserpointers wird von diesem Drehspiegel auf einen weiteren fest angebrachten Spiegel im Glaskasten und von dort an eine ca. 6m entfernte Wand geworfen. An dieser befindet sich ein Maßband. Zusätzlich können 2 Fotowiderstände so angebracht werden, daß sie bei Belichtung durch den Laserstrahl ab einem gewünschten Schwellenwert Alarm auslösen, so daß ich nachts geweckt werde und bei hoffentlich klarem Himmel Polarlichter beobachten kann. Dies hat auch schon einige Male funktioniert. Allerdings sind Fehlalarme nicht ausgeschlossen. So bewegt sich der Laserstrahl um 3-4cm, wenn unser Auto aus der ca. 15m entfernten Garage fährt, was nachts allerdings kaum der Fall ist. 

Bei einem geomagnetischen Sturm, der durch einen heftigen Teilchenausbruch auf der Sonne (CME = Coronal Mass Ejection) ausgelöst wird, gerät das Magnetfeld der Erde durcheinander. Es kann zum Teil zu recht heftigen Schwankungen kommen. Diese lenken den Magneten aus, so daß der Laserstrahl an der Wand hin- und her wandert. Während dieser Magnetfeld-Schwankungen kann es auch bis nach Deutschland oder sogar noch weiter südlich zu Polarlichtern (auf der Nordhalbkugel: aurora borealis = Nordlicht) kommen, welche sonst nur in Ländern wie Norwegen, Schweden, Finnland, Island, Alaska usw. während der Nacht (also nicht im Sommer) zu sehen sind. Auch auf der Südhalbkugel gibt es Polarlichter (aurora australis = Südlicht), diese sind in der Regel jedoch nur in unbewohnten Gegenden zu sehen.

An der Wand  ist eine Änderung der Position des Laserstrahls von 2mm deutlich erkennbar. Diese 2mm entsprechen 4nT (Nanotesla). Zum Vergleich: Das Erdmagnetfeld hat eine Stärke von 50000 nT. Somit kann ich Änderungen von weniger als 0,1 Promille des Erdmagnetfeldes nachweisen.

Die Stärke der Magnetfeldschwankungen wird durch den K-Index angegeben. Bleibt das Magnetfeld in Ruhe, ist der K-Index 0. Ab K=5 spricht man von einem geomagnetischen Sturm. Bei extremen geomagnetischen Stürmen kann er maximal 9 erreichen. Der K-Index gibt die Magnetfeldschwankungen innerhalb einer Stunde an, der Kp-Index mittelt die weltweiten Schwankungen über einen Zeitraum von 3 Stunden Weltzeit.

Ein geomagnetischer Sturm bzw. ein Polarlicht stellt für Mensch und Umwelt  keinerlei Gefahr dar.

Flugreisende, die über die Polarregionen fliegen, bekommen allerdings eine höhere Strahlendosis ab, die einigen Röntgenuntersuchungen entspricht. Lediglich Astronauten sind in Gefahr, wenn sie einen Weltraumspaziergang machen. Allerdings kam es während eines schweren  geomagnetischen Sturms in Kanada schon zu einem größeren Stromausfall. Dies sind allerdings große Ausnahmen.

Polarlichter treten gehäuft während eines Sonnenflecken-Maximums auf. Dieses ereignet sich alle 11 Jahre. Das letzte war im Jahr 2000, aber es sind auch noch im Jahr 2002 und danach Polarlichter in Deutschland möglich.

 

Am 22.11.2001 gab es auf der Sonne eine starke Eruption (M9,9-Flare). Es wurde eine CME in Richtung Erde beobachtet. Man rechnete mit dem Eintreffen für die Nacht vom 24. zum 25.11.2001. Vorsorglich schaltete ich mein Magnetometer mit Weckautomatik bereits in der Nacht zuvor ein. Um 6.56 MEZ = 5.56 Weltzeit wurde ich durch den Magnetometeralarm geweckt. Da das Auto noch in der Garage stand, mußte es ein einsetzender geomagnetischer Sturm sein. Ich beobachtete das Magnetometer noch eine Weile und ging dann ins Internet, wo sich meine Vermutung bestätigte. Das Wetter war allerdings in fast ganz Deutschland stark bewölkt, so daß wohl kaum jemand dieses heftige Polarlicht kurz vor Sonnenaufgang beobachten konnte. Weltweit wurde ein Kp-Index von 9 erreicht, was normalerweise nur an ca. 5 Tagen während eines Sonnenfleckenzyklus eintritt. 

 

Beim Vergleich meiner eigenen Meßwerte (rot) mit den sekündlichen Werten des Magnetometers in Magnetsrode stellten sich dann doch Unterschiede heraus. So habe ich zum Beispiel (weil ich im Internet war) zwischen 6.09 und 6.37 Weltzeit keine Meßdaten an meinem Magnetometer aufgenommen, was an der deutlichen Diskrepanz zwischen der blauen und der roten Kurve erkennbar ist. Daß mein Magnetometer geringere Werte anzeigt, kann einerseits daran liegen, daß Magnetsrode bei Braunschweig etwas nördlicher liegt, andererseits aber auch daran, daß meine 20 Nanotesla pro Zentimeter eine willkürliche Schätzung sind.

 

 

Vom 29.10. - 31.10.2003 gab es einen extrem schweren geomagnetischen Sturm mit heftigen Polarlichtern über Deutschland, die ich fotografieren konnte. Ich hatte dazu mein Magnetometer so umgebaut, daß eine WebCam alle 10 Sekunden ein Bild vom Lichtpunkt an der Wand aufnahm. Ich habe diese Aufnahmen in ein Diagramm übertragen. Die orangefarbenen Punkte sind von mir, die blauen sind von Magnetsrode in Braunschweig. Unter 0 Nanotesla (ca. gegen 6:30) hat Magnetsrode nicht gemessen. 

 

 

Einen Schaltplan für eine empfindliche Lichtschranke mit einem Elektronik -Baukasten finden Sie hier:

Elektronik - Schaltplan meiner Lichtschranke

 

Martin Wagner, geändert 5.9.2014

 

Magnetometer in Braunschweig (Magnetsrode)

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