Magnetosheath Strukturen

Die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit (magnetischen) Hindernissen führt zur Ausbildung planetarer Magnetosphären. Im Magnetosheath, ein der Magnetosphäre in Richtung Sonne vorgelagerter Bereich, tritt als Folge dieser Wechselwirkung eine Verstärkung des solaren Magnetfeldes auf. Im vorliegenden Projekt werden Magnetosheath* -Strukturen untersucht. Diese Studien werden sowohl theoretische , Modellrechnungen (in Zusammenarbeit mit Krasnoyarsk) als auch die Bearbeitung geeigneter Daten (in Zusammenarbeit mit New Hampshire) beinhalten. Die Strömung des Sonnenwindes um ein stumpfes Hindernis erfordert die Lösung des magnetohydrodynamischen Gleichungssets. Dieses besteht aus gekoppelten, nicht.- linearen partiellen Differentialgleichungen. Dieses Problem kann nicht allgemein gelöst werden, weshalb wir den folgenden Zugang wählen: Zunächst werden die Gleichungen übergeführt in ein doppelt Lagrange`sches System, in welchem die Plasmaströmung und das Magnetfeld die Koordinatenlinien bilden. Danach kann jenes Gebiet, wo das Magnetfeld so stark ist, sodaß es konsistent berücksichtigt werden muß, als eine dünne Grenzschicht angesehen werden. Die Teilziele des vorliegenden Projektes sind: 1. Der terrestrische Magnetosheath wird mit theoretischen Modellrechnungen untersucht und mit vorhandenem Datenmaterial verglichen 2. Das Modell wird für ein anisotropes Plasma erweitert 3. Magnetische Wolken werden mit analogen Methoden untersucht, wie ein Magnetosheath 4. Die Theorie wird auf Zeitvariationen erweitert 5. Der Magnetosheath von Venus wird untersucht, wodurch die seit Jahren bestehende Kontroverse zwischen Daten und Theorie abzuklären ist. Die im Projekt untersuchte Problemstellung, nämlich die Strömung eines stumpfen Hindernisses durch ein Plasma, ist für die Plasmaphysik von ganz allgemeinem Interesse. *: Eine wörtliche Übersetzung wäre "Magnetumhüllung". Da sich jedoch in der spärlichen deutschsprachigen Literatur keine geeignete Übersetzung durchgesetzt hat, bleiben wir hier beim Begriff Magnetosheath.

Die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem Erdmagnetfeld führt zur Ausbildung der sogenannten Magnetosphäre, ein mit heissem, dünnem Plasma gefüllter Hohlraum, welcher vom dichten, kalten Sonnenwind umströmt wird. Da der Sonnenwind mit Überschallgeschwindigkeit in Richtung Erde strömt, bildet sich an der sonnenzugewandten Seite die sogenannte Bugstosswelle aus. An dieser Diskontinuität ändern sich Dichte, Geschwindigkeit, Temperatur und Druck des Sonnenwindes sowie die magnetische Feldstärke. Der abgebremste Sonnenwind strömt dann in der sogenannten magnetischen Übergangsschicht um den Planeten. Im Zuge dieses Projektes sind die physikalischen Parameter über die Bugstosswelle hinweg sowie deren Charakteristik in der Magnetschicht modelliert und mit Raumsondendaten verglichen worden. Ein wesentlicher Schwerpunkt in den theoretischen Berechnungen bildet die Druck-Anisotorpie, d.h. der Druck senkrecht zum Magnetfeld ist anders als jener parallel zum Magnetfeld. Sowohl für die Bugstosswelle als auch für die Magnetschicht wurden Modelle entwickelt, welche die Druck-Anisotropie berücksichtigen. Es zeigt sich, dass die im Projekt angestellten Berechnungen sehr gut mit Raumsondendaten (z.B. der amerikanischen Raumsonde WIND) übereinstimmen. Die im Zuge der Projetarbeit entwickelten Methoden der Modellierung der terrestrischen Magnetschicht wurden weiters auf den Planeten Venus und auf sogenannte magnetische Wolken, das sind Plasmastrukturen im Sonnenwind mit einem verstärkten Anstieg der magnetischen Feldstärke, angewandt, sowie mit experimentellen Daten verglichen. Es stellte sich heraus, dass die konsistente Berücksichtigung des Magnetfeldeinflusses bei Venus einen wesentlich besseren Vergleich mit experimentellen Messungen liefert, als es bisherige Modellrechnungen ergeben haben. Weitere Studien beziehen sich auf zeitabhängige Aspekte der magnetischen Übergangsschicht, verursacht durch Zeitvariation des interplanetaren Magnetfeldes und/oder durch Pulse von Rekonnexion (Umwandlung von Magnetfeldenergie in Plasmaenergie). Wir erwähnen, dass über die ursprünglich definierten Projektziele hinaus Forschungsarbeiten auf weitere, angrenzende Gebiete der Weltraumphysik ausgedehnt werden konnten, nämlich auf Arbeiten an Plasma- Instabilitäten und an Teilchen-beschleunigungsprozessen in planetaren Magnetosphären. Diese Arbeiten stellen eine sinnvolle Ergänzung zu den oben angeführten Studien dar, da sie sich einerseits als physikalisch wichtig erwiesen haben, und andererseits mit bereits erarbeiteten Methoden untersucht werden konnten. Die Arbeiten wurden im Rahmen internationaler Kooperation mit Russland, USA und anderen Ländern durchgeführt, bei internationalen Tagungen präsentiert und in weltweit anerkannten Zeitschriften publiziert.