Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

348 KAPITEL 7. DIE ERDE.
nachzuweisen (Foucaultsches Pendel). Die Eigenschwingungen
der Erde zu entdecken, war ungleich schwerer. Sie
wurden theoretisch behandelt und ihre Periode vorhergesagt,
lange bevor sie direkt beobachtet werden konnten.
Analoge theoretische Modelle für andere Objekte liefern
die nebenstehenden Perioden.
Poisson gab 1829 die Lösung der Eigenschwingungen einer
elastischen Kugel, H. A. E. Love bestimmte die längste
beobachtbare Eigenperiode, 0S2, mit 60 Minuten. Bis zur
Eigenschwingungen der Planeten
Objekt Periode Dichte Masse Radius
Mond 15 Min 3.34 0.012 0.274
Mars 32 Min 3.9 0.11 0.53
Venus 51 Min 5.1 0.81 0.95
Erde 54 Min 5.5 1 1
Tab. 7.1: Pulsperioden
eigentlichen Beobachtung vergingen dann fast 150 Jahre.
Erst beim Erdbeben 1960 in Chile wurde erstmals die längste Periode mit 54 Minuten bestimmt (in
Übereinstimmung mit dem damaligen Standardmodell der Erde, dem Bullen-A-Modell). Dabei zeigte
sich, daß die Perioden eine Feinstruktur besitzen, hervorgerufen durch die Rotation der Erde.
Auf kurzen Zeitskalen (Eigenschwingungen, Gezeiten) sind Kern und Kruste fest, auf langen (Abbremsen)
jedoch nicht. Chandler viskoelastisch
Das Magnetfeld
Die Erde ist ein schiefer Rotator. Ihr Magnetfeld ist allerdings nicht permanent: es wechselt die Richtung
(Missweisung von bis zu 30 Grad in 200 Jahren) und Stärke (bis zur Umpolung). Der Nordpol (in
Wahrheit der Südpol, da ja der Nordpol einer Magnetnadel von ihm angezogen wird) des Erdmagnetfelds
liegt heute im Hudson Bay, das sind etwa 27 Grad Inklination zur Rotationsachse.
• ANMERKUNG (VOM STATISCHEN MAGNETFELD ZUM DYNAMO)
Die magnetische Kraft (zwischen Erzgestein, welches nahe der kleinasiatischen Stadt Magnesia gefunden wurde) war schon
(in Europa) im Altertum bekannt und wurde im 12. Jahrhundert mithilfe des Magnetkompass zur Seefahrt benutzt. Dabei
nahm man an, daß der Polarstern die Kompassnadel in Nord-Süd-Richtung zwinge.
Gilbert (1540 - 1603, Leibarzt der Königin Elizabeth) war der erste, der erkannte, daß die Erde selbst ein großer Magnet ist.
(Sein Modell war ein riesiger Stabmagnet aus Eisen im Erdinnern). Basierend auf sorgfältigen Experimenten, entwickelte
er ein weitgehend zutreffendes Bild vom Erdmagnetismus. Seine Erkenntnisse schrieb er in einem bedeutendes Werk mit
dem Titel ’Über den Magneten’ auf.
Er entdeckte ferner, daß ein Glasstab (und etwa 20 andere Materialien) beim Reiben so werden wie Bernstein. Auf ihn geht
die Bezeichnung ’elektrisch’ (Elektron = Bernstein) zurück. Reibungselektrizität war lange die einzige bekannte Form der
Elektrizität.
Die Polstärke (magnetomotorische Kraft) eines Magneten wird in Gilbert angegeben.
10 Ampère = 4π Gilbert.
Der Franzose DuFay (1698 - 1739) fand 1734, daß es zwei Arten von Reibungselektizität gibt. Lichtenberg (1777) definierte
dann willkürlich, daß die des Glasstabs positiv ist. Diese Wahl ist unglücklich, da die Stromrichtung (im Leiter) und die
Ladung des wichtigsten Ladungsträgers, eben des Elektrons, damit negativ ist.
Das Magnetfeld der Erde wird vermutlich durch einen Dynamo erzeugt, der durch turbulente Bewegung
des Erdmagmas angetrieben wird. Für einen Eisen Permanentmagneten ist es im Innern der Erde
(mit etwa 4000 K) zu heiß. Neben der Leitfähigkeit, die bei allen inneren Planeten vergleichbar sein
sollte, sind Viskosität (Innentemperatur) und Rotationsfrequenz die entscheidenden Parameter. Mars
(zu kalt) und Venus (Rotation zu langsam) haben kein (nachweisbares) Magnetfeld.
Das Magnetfeld der Erde beträgt an den Polen etwa 0.5 Gauß, es ändert aber Richtung und Betrag
(Umpolen) in einer Zeit von etwa 10 5 bis 10 6 Jahren (ablesbar an ausgekühltem, ferromagnetischem
Lava Gestein).
Magnetisches Moment eines Dipols (in z−Richtung) und Feldstärke des Magnetfelds am Pol hängen
wie folgt zusammen
M = 1
2 BpR 3 �ez
(7.7)