Jordens magnetfelt set fra Swarm-satellitterne
Hvor godt passer Jordens magnetfelt med feltet fra en stangmagnet (et dipolfelt)? I denne SRP-øvelse undersøger vi, hvordan Jordens magnetfelt måles og modelleres, og vi bruger data fra Swarm-satelliterne til at sammenligne med et dipolfelt.
Hvad går øvelsen ud på?
Øvelsen går ud på at undersøge hvor godt en magnetisk dipol-model passer med jordens magnetfelt. Det kan man finde ud af ved at måle feltet alle steder på jordkloden - eller man kan bruge data fra satelliter, hvor jordensmagnetfelt måles.
De tre Swarm-satellitter, der blev opsendt i 2013, kredser i 450-550 km højde over jorden, hvor de måler Jordens magnetfelt med fuld global dækning. Satellitterne er spredt ud som perlestrenge i en række fordelte solsynkrone orbitalplaner.
I denne øvelse undersøger vi, hvordan Jordens magnetfelt måles og modelleres, og vi sammenligner data fra Swarm-satelliterne med et dipolfelt.
Delmål:
- Gør kort rede for fysikken (og historiske opdagelser) bag magnetfelters påvirkning af ladede parlikler og strømførende ledere.
- Gør kort rede for Jordens magnetfelt og målinger af det (både jord- og satellitbaseret)
- Gør rede for hvordan målinger fra satellitter transformeres så de kan vises på et kort over jorden. - Der skal inddrages dele af den matematik som anvendes til koordinattransformationer mellem forskellige koordinatsystemer, herunder kuglekoordinater og Eulervinkler.
- Udfør og diskuter modelforsøg, som simulerer satellitmålinger af jordens magnetfelt, herunder målinger med oscillerende magnetfelt samt målinger med magnetfelt sensorer (f.eks. fra mobiltelefon).
Hvordan foregår øvelsen?
Der indgår fire øvelser:
- Måling af Jordens magnetfelt
Målingerne foregår med kompas og et dip-meter - Mål og modeller dipolfeltet fra planetmodel
Målingerne foregår med et astatisk magnetometer - Måling af et dipolfelt
Målingerne foregår med en mobiltelefon og en elektromagnet - Databehandling af data fra Swarm-satelliterne
Øvelsen går ud på at lave databehandling på satellitdata så det kan sammenlignes med et dipolfelt
Hvilke faciliteter kommer du til at bruge?
Under øvelsen bliver du vist rundt på DTU Space, hvor satellitinstrumenter bliver produceret og testet.
Øvelsen giver dig også mulighed for at arbejde med rigtige data fra en satellit.
- Gør rede for fysikken (og historiske opdagelser) bag magnetfelters påvirkning af ladede parlikler og strømførende ledere.
- Gør rede for den globale dækning, som satelliter giver mulighed for, og overvej, hvilke konsekvenser det har for vores overvågningssamfund.
- Gør rede for, hvordan magnetfeltet fra Jordens skorpe kan fortælle noget om jordens forhistoriske udvikling.
PROGRAM, Dag 1
- 8:30 – 8:40 Velkommen
- 8:40 – 10:00 Jordens magnetfelt + lidt historie (Klassegennemgang)
- 10:00 – 11:30 Rundvisning i DTU Space
- 11:30 – 12:30 Måling af Jordens magnetfelt (klassegennemgang)
- 12:30 – 13:00 FROKOSTPAUSE
- 13:00 – 15:30 Introduktion til Matlab (gruppearbejde/regneøvelse)
- 15:30 – 17:00 Lineær algebra (koordinat transformation og rotationer) (gruppearbejde/regneøvelse)
PROGRAM, Dag 2
- 8:30 – 9:30 Magnetisk dipolfelt (klassegennemgang)
- 9:30 –11:30 Måling af magnetisk dipol (gruppearbejde/regneøvelse)
- 11:30 –12:30 Instrumentering på Swarm satellitterne (klassegennemgang)
- 12:30 –13:00 FROKOSTPAUSE
- 13:00 –16:00 Data fra Swarm satellitterne (klassegennemgang)
- 16:00 –17:00 Opsamling og evaluering
Når du har gennemført SRP-forløbet ” Jordens magnetfelt set fra Swarm satellitterne” kan du:
- Forklare hvad et magnetfelt er
- Beskrive jordens magnetfelt og hvor det stammer fra
- Redegøre for en magnetisk dipol-model af Jordens magnetfelt
- Opstille en matematisk repræsentation af en magnetisk dipol
- Udføre AC og DC målinger på en magnetisk dipol
- Transformere data fra et rektangulært til et sfærisk koordinatsystem
- Afbillede sfærisk data på kort over jorden
- Lave en grov vurdering af målte data i forhold til modeldata
Fra øvelse 3 får du data, der beskriver et dipolfelt, og fra øvelse 4 får du satellitdata og behandlingsmetoder til at undersøge jordens magnetfelt.
Øvelse 1 og 2 giver en god forståelse for, hvordan jordens magnetfelt beskrives.
Forslag til litteratur, du kan bruge i din opgave og som baggrund for øvelsen:
- Jordens magnetfelt af Jan A. Holtet
- Ørsted Satellit Projekt af Peter Stauning, DMI
- Exploring Earth’s magnetic field – Three make a Swarm
- Measuring Earth’s Magnetic Field Using a Smartphone Magnetometer, Simen Hellesund University of Oslo
NB: Når du har tilmeldt dig, vil du få besked, hvis der er litteratur, du skal læse som forberedelse til øvelsen.
Relevante gymnasiefag
- Fysik: Måling og beskrivelse af magnetfelter
- Geovidenskab: Jordens magnetfelt
- Matematik: Koordinattransformation, Satellitbaner
- Naturgeografi: Forhistorisk udvikling af jorden gennem "optagelse" i jordens skorpefelt
- Teknologi: Måling og instrumentering, Satellitteknologi, Satellitbaner
Kan kombineres med:
- Historie
- Samfundsfag
Faglige nøgleord
- Magnetfelt
- Strøm
- Satelliter
- Dipol