Jordens flytande smälta yttre kärna, som mestadels består av järn och nickel, utövar ett elektromagnetiskt fält som sträcker sig från nord- och sydpolen som skyddar planeten från skadlig solpartikelstrålning.
Fluktuationer i styrkan hos jordens magnetfält – orsakade av dagliga förändringar i solvindens struktur och intermittenta solstormar – kan påverka användningen av geomagnetiska fältmodeller som är nödvändiga för navigering i satelliter, flygplan, fartyg och bilar.
Magnetiska fältmodeller skiljer sig beroende på platsen för datainsamling - antingen på eller nära jordens yta eller satelliter som kretsar lågt runt jorden. Tidigare forskning har tillskrivit modellskillnader till rymdvädrets aktivitetsnivåer, men en nyligen genomförd analys av sex år av jord- och satellitmagnetiska fältmodeller fann att modellavvikelser också drivs av modelleringsfel snarare än enbart geofysiska fenomen. Resultaten publiceras i Journal of Geophysical Research:Space Physics .
Forskargruppen vid University of Michigan bedömde skillnader mellan observationer från Swarm-uppdragets satelliter med låg omloppsbana runt jorden och en jordmagnetfältsmodell, den trettonde generationen av International Geomagnetic Reference Field eller IGRF-13. De fokuserade på skillnader under låga till måttliga geomagnetiska förhållanden som omfattar 98,1 % av tiden mellan åren 2014 och 2020.
Satellitobservationer som samlats in på olika platser ovanför jorden är känsliga för magnetfältsfluktuationer, medan jordmagnetfältsmodeller använder observationer för att uppskatta jordens interna magnetfält utan att ta hänsyn till solstormars inverkan. Inre magnetfältsmodeller som IGRF-13 används för att spåra förändringar i jordens magnetiska poler, som nordpolens förskjutning på cirka 45 km nordnordväst varje år.
Att förstå dessa stora skillnader är viktigt för satellitdrift när man använder IGRF-13 som referens och för forskning om fysiken kring jordens magnetosfär, jonosfär och termosfär.
Modellosäkerheten var högst i de nordliga och södra polarområdena, och en statistisk analys visade att asymmetrin mellan de nordliga och södra polarområdena var en viktig faktor för modellskillnader.
"Vi antar ofta ett nästan symmetriskt magnetfält mellan de nordliga och södra polarområdena, men de är faktiskt väldigt olika", säger Yining Shi, en biträdande forskare vid University of Michigan Climate and Space Science and Engineering och motsvarande författare på studien .
De två geografiska polerna kartläggs till olika geomagnetiska koordinater. Nordpolen kartläggs till omkring 84° Magnetic Latitude (MLAT) och 169° Magnetic Longitude (MLON) och sydpolen kartläggs till omkring −74° MLAT och 19° MLON.
Swarm-satelliternas polära omloppsbana skapar en samplingsbias med en hög koncentration av mätningar runt de geografiska polerna, vilket förvärrar modellskillnaderna.
"Att förstå att det som har tillskrivits geofysiska störningar verkligen beror på asymmetrin i jordens magnetfält kommer att hjälpa oss att bättre skapa geomagnetiska fältmodeller samt hjälpa till med satellit- och flygnavigering", säger Mark Moldwin, professor i Arthur F Thurnau. Climate and Space Sciences and Engineering vid U-M och en författare om studien.
En annan fråga som orsakar navigeringsgemenskapen oro är att det polära magnetfältet har förändrats snabbt under det senaste decenniet eller så.
"Detta lägger till ytterligare komplexitet för att skapa exakta magnetfältsmodeller", säger Moldwin.
