ULF Wellen in Venus´ und Mars´ Magnetosheath

Plasmaphysik beschreibt das Verhalten ionisierter Gase (Plasma, ein Mischung aus positiven Ionen und negativen Elektronen und ab und zu neutralen Atomen). Experimente im Labor und theoretische Berechnungen werden ausgefüht, um das Verhalten des Plasmas in einem Magnetfeld zu studieren. Aber Laborexperimente sind auf die Raumgröße beschränkt und nicht alle Prozesse die in der Natur stattfinden können untersucht werden. Deswegen verwenden wir natürliche Labore und fliegen ins Weltall, wo wir die Interaktion des Sonnenwindes (ein Plasma mit Magnetfeld das von der Sonne kommt) mit der Erde oder andere Planeten erforschen. In diesem Projekt sind wir vor allem an Ultra Low Frequency (ULF) Wellen interessiert mit Perioden von 1 bis 1000 Sekunden, welche Wellenlängen haben, die viel größer sind als das Labor. Glücklicherweise ist das Interaktionsgebiet rund um Planeten groß genug um diese Wellen zu erforschen. Natürlich hat dieses Gebiet einen sehr spezifischen Charakter. In diesem Fall konzentrieren wir uns auf Venus und Mars, die Geschwister der Erde. Venus ist nur wenig kleiner als die Erde, aber Mars hat nur etwa den halben Durchmesser. Diese beide Planeten haben kein internes Magnetfeld. Wenn der Sonnenwind sich einem unmagnetisierten Planeten annähert, dann werden neuerlich ionisierte atmosphärische Teilchen vom Sonnenwind aufgenommen, wodurch er langsamer wird. Irgendwo wird dann ein Punkt erreicht an dem eine Bugstoßwelle entsteht, wo der Sonnenwind von super- nach subsonisch abgebremst wird. Hinter der Bugstoßwelle befindet sich die sogenannte Magnetosheath, wo die Magnetfeldlinien wie Spaghetti um den Planeten drapiert werden. Auf dieser Weise wird einr sogenannte induzierte Magnetosphäre erzeugt. Viele ULF-Wellen entstehen in der Magnetosheath, und werden manchmal durch die Bugstoßwelle erzeugt. Eine dieser Wellen ist die Mirror-Mode-Welle, in der sich starkes Mangetfeld/niedrige Dichte und schwaches Magnetfeld/hohe Dichte abwechseln und mit dem Plasma mitbewegen. Es wurde entdeckt dass sich diese Wellen bei Sonnen-Minimum und Maximum unterschiedlich verhalten. Eines der Ziele dieses Proposals ist herrauszufinden, wieso sich diese Wellen sich unterschiedlich verhalten. Ist es dat unterschiedliche Verhalten der Bugstoßwelle bei Sonnen-Minimum und Maximum? Oder gibt es einen anderen Grund dafür? Auch die Eigenschaften andere Wellen und die Turbulenz werden studiert. Ein Vergleich zwischen Venus und Mars zeigt uns die Effekte der unterschiedlichen Sonnenwindverhältnisse weil Mars etwa zweimal so weit von der Sonne entfernt ist als Venus, und sich die unterschiedliche Größe der Planeten, auf die Wellenaktivität in der Magnetosheath auswirkt.

Der Wechselwirkung zwischen den Sonnenwind, ein Fluss von geladenen Teilchen und Magnetfeld (Plasma) emittiert von der Sonne, und einen Planeten erzeugt einen Bugstoßwelle. Da wird der, mit Überschall-geschwindigkeit fließende Wind abgebremst, wobei der Dichte und Temperatur der Teilchen sich erhöhen. Hinter der Bugstoßwelle können sich dann Instabilitäten in dem Plasma entwickeln, und eine davon ist der Mirror Mode Instabilität. Dieses tritt dann auf, wenn die Temperatur senkrecht zum Magnetfeld grösser ist als die entlang das Magnetfeld. Hierbei werden "Wellen" im Magnetfeld erzeugt, wobei der Magnetfeldstärke und die Teilchendichte Variationen in Gegenphase sind. Diese Wellen werden durch den Plasmafluss mitgeschleppt durch den sogenannten Magnetosheath. Mit den Instrumenten auf die Satelliten Venus Express und MAVEN sind diese Wellen gemessen worden bei Venus und Mars. Zuerst ist die Auftrittsrate bestimmt worden, abhängig von wo der Satellit sich in der Magnetosheath befindet. Knapp hinter der Bugstoßwelle und in der Nähe des Planeten gibt es einen Anstieg der Auftrittsrate. Dieser Anstieg wird verursacht durch den starken Temperaturanstieg, wenn die Teilchen den Bugstoßwelle queren und wenn der Teilchendichte komprimiert wird nah an den Planeten. Interessanterweise ist die geringste Auftrittsrate da, wo das Instabilitätskriterion noch erfüllts ist, was heißt, dass tatsächlich die Erzeugung der Wellen zu einem Ausgleich der Temperaturen senkrecht und entlang das Magnetfeld sorgt. Obwohl Venus viel grösser ist als Mars, macht das für die Auftrittsrate wenig unterschied in der Verteilung über den Magnetosheath. Aber bei Venus ist der Standort der Bugstoßwelle sehr abhängig von der Sonne Aktivität, was es bei Mars nicht so gibt.