Geophysik / Magnetik / Observatorien

Observatorien

Die Abteilung Magnetik / Gravimetrie betreibt magnetische Observatorien für die kontinuierliche Aufzeichnung des Erdmagnetfeldes.

Die Funktion geomagnetischer Observatorien

Ein geomagnetisches Observatorium liefert eine kontinuierliche Aufzeichnung der zeitlichen Veränderung des Erdmagnetfeldes an einem Ort. Diese Veränderungen geben einen Einblick in die Funktionsweise des Geodynamos, der als Generator des Magnetfeldes im Erdkern angenommen wird.
Die Änderungen beinhalten auch wesentliche Informationen über solare Vorgänge, denn die zeitlich schwankende Partikelstrahlung, auch als „Sonnenwind“ bekannt, beeinflusst das Erdmagnetfeld erheblich. So scheint z. B. in genaueren Analysen der langzeitigen Aufzeichnungen von Magnetfelddaten auch deutlich der 11 - jährige Zyklus der Sonnenfleckentätigkeit auf. Bei Sonneneruptionen, welche energiereiche Teilchen mit großer Geschwindigkeit zur Erde senden, entstehen magnetische Stürme. Diese Stürme erzeugen Schwankungen, die bis zu 1% des gesamten Erdmagnetfeldes betragen können, und bis zu mehreren Tagen andauern. Sie können erhebliche Störungen von Radiokommunikationen, Satelliten und Stromverteilungsnetzen verursachen.

Heute sind weltweit etwa 200 magnetische Observatorien in Betrieb. Sie liefern ihre Messdaten an internationale Datenzentren und bilden die Grundlage zur Erstellung der Weltkarten des Erdmagnetfeldes in allen seinen Komponenten sowie seiner jährlichen Veränderung. Weiters werden diese Daten zur Grundlagenforschung verwendet.

Geomagnetische Observatorien
Weltkarte mit geomagnetischen Observatorien (rote Punkte).

Kurze Geschichte

Die ersten systematischen Beobachtungen der magnetischen Deklination wurden in China vom Astronom I-Hsing um 720 n. Chr. unternommen. Ähnliche Messungen wurden angeblich in Europa erst um 1510 von Georg Hartmann durchgeführt.
Weltweite Messungen der Erdmagnetfeldrichtung erlaubten William Gilbert, Hofarzt von Königin Elizabeth I, die modernen Grundlagen des Geomagnetismus in seinem Buch De Magnete (1600) zu beschreiben. Er entdeckte, dass das Erdmagnetfeld äquivalent zu demjenigen ist, welches eine magnetisierte Kugel erzeugt (magnus magnes ipse est globus terrestris: der Globus ist ein Magnet). Damit ergab sich ein klarer Hinweis darauf, dass das Magnetfeld im Erdinneren entsteht.

Zeitliche Änderungen (Säkularvariationen) wurden in Europa erstmals vom Astronom Henry Gellibrand 1634 entdeckt. Damalige Messungen beschränkten sich auf die für die Navigation wichtige Deklination, welche die Kompassnadelabweichung von der magnetischen zur geographischen Nordrichtung beschreibt. 1700 zeichnete Edmund Halley die erste Deklina-tionskarte des Atlantischen Ozeans.
Moderne geomagnetische Observatorien wurden unter dem Einfluss des großen Mathematikers Carl Friedrich Gauss (1777-1855) errichtet. Er formulierte die allgemeine Theorie des Magnetismus, führte ein System von physikalischen Einheiten ein und entwickelte die erste Methode für die Bestimmung der absoluten Feldintensität. Zusammen mit Wilhelm Weber begann er 1833 mit der Errichtung eines nichtmagnetischen Hauses in Göttingen, welches die Instrumente zwecks ungestörter Messungen des Erdmagnetfeldes schützen sollte. Dieses erste magnetische Observatorium wurde zum Mittelpunkt des “Göttinger Magneti-schen Vereins”, der ein internationales Netzwerk magnetischer Observatorien gründete. Dieses Netzwerk verfügte im Jahre 1841 über 53 Observatorien.

Auch in Österreich wurde bald eine erdmagnetische Messstation eingerichtet. Diese Station entstand aus der Zusammenarbeit zwischen Karl Kreil und Marian Koller, Direktor der Kremsmünster Sternwarte. Die Messstation in der Sternwarte Kremsmünster wurde 1839 Teil des Göttinger Magnetischen Vereins. 1852 fanden erste regelmäßige magnetische Messungen im Theresianum in Wien - Favoriten statt.

Erste Unterkunft der. k. k. Centralanstalt für Meteorologie und Erdmagnetismus in Wien Wieden, Favoritenstraße Nr. 303. © Jahrbuch ZAMG 1856

Linke Abb.:Erste Unterkunft der. k. k. Centralanstalt für Meteorologie und Erdmagnetismus in Wien Wieden, Favoritenstraße Nr. 303. © Jahrbuch ZAMG 1856; Rechte Abb.:Grundriss des Beobachtungszimmers der. k. k. Centralanstalt für Meteorologie und Erdmagnetismus in der Favoritenstraße Nr.303. „E Eingang, D der magnetische Variations-Apparat für Declination, d der Tisch für das Fernrohr, die Scale und den Leuchter des Declinations-Apparates, U Pendeluhr von Vorauer, I der Variationsapparat für die horizontale Intensität (Bifilare) mit einem Thermometer, i der Tisch samt Fernrohr, Scale und Leuchter des Intensitäts - Apparates, T der Rechentisch, B das Barometer Kapeller Nr.22, TH der Thermohygrometrograph, Ps die Beschirmung mit dem August´schen Psychrometer von Kapeller Nr.16, A. und B. M das Maximum - Minimum - Thermometer nach Rutherford von Kapeller, S Sesseln, u Mire für den Intensitäts-Apparat (für den Declinations - Apparat wurde der Aufhängungsfaden des Declinatoriums selbst als Mire genommen.“  © Jahrbuch ZAMG 1856

Es war dies der erste Standort des Observatoriums Betriebes in Wien. Später wurde das Observatorium mehrmals verlagert. Die beginnende Elektrifizierung von Wien machte dies notwendig. 1955 wurde daher am Cobenzl in Wien-Döbling ein neues geomagnetisches Observatorium errichtet, wo die ZAMG mehr als 60 Jahre lang das Magnetfeld der Erde untersuchte. Allerdings wurden immer mehr Störungen gemessen, zum Beispiel durch die U-Bahn und andere elektrische Effekte der Stadt, die im Boden Ströme induzieren. Diese Einflüsse wirkten sich auch deshalb immer stärker aus, weil die Messgeräte immer empfindlicher wurden und auch zeitlich immer genauer messen. Wurden früher nur Tagesmittel erhoben, messen wir mittlerweile Magnetfeldschwankungen im Sekundenbereich.
Bereits vor einigen Jahren wurde klar, dass die Errichtung eines neuen Observatoriums notwendig sein wird.
Dies führte zum Bau des Conrad-Observatoriums der ZAMG, das mittlerweile eine der weltweit modernsten Einrichtungen zur Messung und Erforschung des Erdmagnetfeldes und zahlreicher weiterer geophysikalischer Eigenschaften wie Erdbeben und Erdschwere ist.
Es befindet sich am Trafelberg in Niederösterreich, rund 50 Kilometer südwestlich von Wien. Die unterirdische Anlage, mit mehr als zwei Kilometer Stollen und Schächten, garantiert nahezu störungsfreie Messungen.

Mit diesem Link kommen Sie zum Conrad Observatorium am Trafelberg.

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Umfeld eines Stollens © ZAMG
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Historische Erdbeben
Holzschnitt aus der 'Weltchronik' von Hartmann Schedel, 1493. 'Und der Engel nahm das Rauchfaß und füllte es mit Feuer vom Altar und warf es auf die Erde, und Donner folgten, Getöse, Blitze und Beben.' Offenbarung 8,5 © ZAMG Geophysik Hammerl
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Willkommen bei der Magnetik der geophysikalischen Abteilung der ZAMG. © ZAMG Geophysik
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Willkommen am Conrad Observatorium. © Gerhard Ramsebner