Erosion der Magnetopause und Rekonnexion

Forschungsprojekt P 13804Erosion der Magnetopause und RekonnexionHelfried K. BIERNAT28.06.1999 Planetare Magnetfelder, ie auch jenes der Erde, werden vom Sonnenwind auf beträchtliche Weise beeinflußt. Das Sonnenwindplasma ist gezwungen, um die Magnetosphäre bzw. die sich bildende Grenzschicht, die Magnetopause, herumzufließen. Der durchschnittliche subsolare Magnetopausenabstand bei typischen Sonnenwindgegebenheiten betragt ungefähr 10 Erdradien. Dieser Abstand kann, wie bereits Anfang der 60er Jahre gezeigt, aus dem Druckgleichgewicht von Anströmdruck des Sonnenwindes und magnetischem Druck des Erdmagnetfeldes errechnet werden. Es ist klar, daß die Magnetopausendistanz in Abhängigkeit von diesen Parametern variiert. Jedoch bewegt sich unter gewissen Umständen die Magnetopause trotz gleichbleibenden Anströmdruckes nach innen. Dieses Phänomen wird Erosion der Magnetopause genannt. Im allgemeinen ist Erosion zu beobachten, wenn das interplanetare Magnetfeld (IMIF) eine ausgeprägte Nord-Süd Komponente aufweist. Die physikalische Beschreibung der tagseitigen Magnetopausenerosion ist jedoch bis heute noch unbefriedigend. Ein wichtiger Aspekt unserer Arbeit wird es daher zunächst einmal sein, die verschiedenen Zugänge zu diesem Problem auf einen gemeinsamen Nenner zu bringen. Denn urn die Effekte von Magnetopausenerosion zu, verstehen, ist es, unserer Meinung nach, zuerst einmal notwendig, verschiedene zusammenhängende Phänomene zu betrachten (wie z.B.: das Entstehen einer magnetischen Barriere, zeitabhängige Rekonnexion des IMF und des magnetosphärischen Magnetfeldes, Folgen von Rekonnexion). Das Ziel dieses Projektes ist es, ein neues physikalisches Modell des Erosionsprozesses zu erarbeiten, kombiniert mit einer sauberen mathematischen Formulierung sowie mit Modell-Vorhersagen. Zusätzlich zu den theoretischen Überlegungen wird eine genaue Datenanalyse angestrebt, wobei hier die Möglichkeit der Verwendung einer Vielzahl von Satellitendaten besteht. Die Ergebnisse werden in international anerkannten Journalen, wie dem Amerikanischen Journal of Geophysical Research und anderen, publiziert werden. Das Projekt soll in Zusammenarbeit mit Instituten in den USA (durch Prof C. J. Farrugia von der Universität von New Hampshire - Datenanalyse und Interpretation), Rußland (durch Prof. Semenov von der Universität von St. Petersburg - Theoretische Betrachtungsweise des Problems) und weiteren durchgeführt werden. Die Arbeitsgruppe urn H. K. Biernat hat bereits große Erfahrung in der Beschreibung von Plasma und Magnetfeld Eigenschaften in der Magnetischen Barriere, Rekomexion an der Magnetopause und Vergleich von Modell-Vorhersagen und Daten. Folgende Ziele sollten erreicht werden: a) Erarbeitung eines zeitabhängigen Modells für die magnetische Barriere. b) Erweiterung des Modells für zeitabhängige Rekonnexion für die magnetische Barriere und Untersuchung des Druckgleichgewichts. c) Konsequenzen von Rekonnexion, wie der Birkeland-Stromkreis und sein Einfluß auf das Druckgleichgewicht. d) Analyse von Satellitendaten von z.B.: Geotail, IMP 8, Wind, Interball, ISEE1-2 und anderen. e) Vergleich von Modell und Daten, speziell für Fälle von 1) südwärts gerichtetem. Magnetfeld mit unwesentlichen Druckschwankungen und 2) extreme interplanetare Situationen wie sie bei magnetischen Wolken auftreten.