Städte wie Berkeley oder Brooklyn haben ihren eigenen magnetischen Puls

Magnetfelder treten überall auf, wo Magneten wirken. Die Erde selbst ist von einem Magnetfeld umgeben, dessen Ausrichtung beispielsweise mit einem Kompass abgelesen werden kann. Aber auch Städte besitzen Magnetfelder und lassen sich anhand ihrer magnetischen Signatur deutlich unterscheiden. Zu diesem Ergebnis kommt eine multidisziplinäre Studie, in der zwei US-Städte miteinander verglichen wurden: Berkeley in Kalifornien und Brooklyn, ein Stadtteil von New York. Dazu hatten Forschende aus den USA und Deutschland während vier Wochen kontinuierlich Daten gesammelt, durch Zusatzmessungen ergänzt und analysiert. "Die Städte haben ihren eigenen magnetischen Puls", fasst Prof. Dr. Dmitry Budker, Physiker an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM), die Auswertung zusammen. Insbesondere zeigt Berkeley nachts eine geringe Magnetfeldaktivität, während die magnetische Aktivität in Brooklyn auch während der Nacht auf hohem Niveau andauert – womit, wie von dem Team erwartet, bestätigt wurde, dass "New York niemals schläft".

Mainz trägt zum Städte-Vergleich mit Expertise zur Messung von Magnetfeldern bei

Dem Vergleich der beiden Stadtgebiete ging eine erste Erhebung in Berkeley voraus. Hier wurde eine Linie des öffentlichen Nahverkehrssystems Bay Area Rapid Transit (BART) als die dominante Quelle für Magnetfelder während des Tages ausgemacht. "In Berkeley finden wir Tag und Nacht viele verschiedene magnetische Hintergrundsignale, aber der Hauptfaktor ist das BART-System. Wenn der Verkehr nachts ruht, zeigt sich das in unseren Messungen", erklärt Dmitry Budker. Seine Gruppe hat zu den Arbeiten insbesondere durch die Expertise bei der Messung von Magnetfeldern mithilfe von Magnetometern beigetragen. Ansonsten nutzt das Team um Budker die Atommagnetometrie zur Erforschung fundamentaler Fragen der Physik wie zum Beispiel bei der Suche nach Dunkler Materie.

Budker weist darauf hin, dass die multidisziplinäre Sicht auf Städte insbesondere auch ein Anliegen der beteiligten Wissenschaftler vom Center for Urban Science and Progress an der New York University darstellt. Sie möchten mir ihrer Arbeit mehr über die Funktionsweise von Städten in Erfahrung bringen und nehmen dabei unterschiedliche Bereiche wie die Energieversorgung, Umweltverschmutzung oder die soziale Organisation einer Stadt in den Blick.

Magnetometrie bietet Chancen für die Stadtentwicklung

Die jetzt vorgelegte Analyse soll einen Ausgangspunkt bilden, um weiter in dieser Richtung zu forschen und Hinweise auf künftige Entwicklungen zu geben. "Es ist eine kleine Studie und wir haben den Eindruck, als würden wir erst an der Oberfläche kratzen", sagt Budker. "Diese Art von Untersuchung bietet große Chancen und wir hoffen, dass wir auf dem Weg noch weitergehen können", so der Wissenschaftler.

"Abgesehen von dem erwarteten Ergebnis, dass 'New York niemals schläft', weisen unsere Messungen darauf hin, dass jede Stadt deutliche magnetische Signaturen hat, die vielleicht für die Analyse von Anomalien im Stadtbetrieb und für langfristige Trends bei der Entwicklung von Städten genutzt werden können", schreiben die Autoren in einer Veröffentlichung im Journal of Applied Physics. Die Zeitschrift hatte die Studie als Titelgeschichte ausgewählt.

Als Beispiele für den eventuellen Einsatz der Magnetometrie für urbane Studien werden Bewertungen infolge von Katastrophen genannt, die Überwachung von Infrastrukturen wie Brücken oder die Überwachung der Stabilität des Stromnetzes. Eine interessante multidisziplinäre Frage, die untersucht werden könnte, ist nach Auffassung der Forschenden die Erhebung, wie sich ein anormales Ereignis wie zum Beispiel eine Epidemie oder Pandemie auf die städtische magnetische Signatur auswirkt.

An der Studie "Do cities have a unique magnetic pulse?" waren außer Dr. Arne Wickenbrock und Prof. Dr. Dmitry Budker aus Mainz auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Lawrence Berkeley National Laboratory, der University of California in Berkeley, der University of Delaware und des Center for Urban Science and Progress beteiligt.

Weiterführende Links:
https://budker.uni-mainz.de/ – Arbeitsgruppe Prof. Dr. Dmitry Budker ; 
https://prisma.uni-mainz.de/ – Exzellenzcluster PRISMA⁺ ; 
https://www.hi-mainz.de/ – Helmholtz-Institut Mainz ; 
https://aip.scitation.org/action/showLargeCover?doi=10.1063%2Fjap.2022.131.issue-20 – Titelgeschichte im Journal of Applied Physics

Lesen Sie mehr:
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/14970_DEU_HTML.php – Pressemitteilung "Weltweite Ringfahndung nach Dunkler Materie" (20.01.2022) ; 
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/14790_DEU_HTML.php – Pressemitteilung "Verstärktes Signal und extrem empfindlich: Leichten Dunkle Materieteilchen auf der Spur" (08.12.2021) ; 
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/14441_DEU_HTML.php – Pressemitteilung "Farbzentren in Diamanten dienen als Gyroskope" (03.11.2021) ; 
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/13133_DEU_HTML.php – Pressemitteilung "Kombi-Technik mit Diamant-Sonde ermöglicht Abbildung magnetischer Wirbelstrukturen auf der Nanoskala" (25.02.2021) ; 
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/13118_DEU_HTML.php – Pressemitteilung "Neuartiger Maser für Präzisionsmessungen und zur Suche nach Dunkler Materie vorgestellt" (18.02.2021) ; https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/12355_DEU_HTML.php – Pressemitteilung "Dmitry Budker erhält Norman F. Ramsey-Preis der American Physical Society" (21.10.2020)