Energieverteilung in der turbulenten Erd-Magnetosheath

Die Magnetosphäre der Erde ist eine Region, in der das Magnetfeld die Bewegung energiegeladener Teilchen solaren oder kosmischen Ursprungs beeinflusst. Die Magnetosphäre wirkt auch als Hindernis, das den Sonnenwind, einen von der Sonne ausgehenden, elektrisch leitenden Plasmastrom mit Überschallgeschwindigkeit, umlenkt. Infolge dieser Wechselwirkung bildet sich vor der Magnetosphäre eine Bugstoßwelle, an der das Plasma abgebremst und aufgeheizt wird. Zwischen der Bugstoßwelle und der Magnetosphäre befindet sich eine hochturbulente Region, die Magnetosheath. In einer solch komplexen Plasma-Umgebung müssen verschiedene Energieformen untersucht werden, nämlich elektromagnetische, kinetische und thermische Energie. Diese Energien können zwischen physikalischen Skalen wechseln (z. B. von großen zu kleinen Skalen), transportiert (z. B. von A nach B) oder umgewandelt werden (z. B. kinetische in thermische Energie). Die theoretisch vorhergesagten Energieterme können aus den vorhandenen Daten berechnet werden, die durch Vier-Punkt-Messungen der Feld- und Plasmaparameter in der Magnetosheath von der Cluster- und MMS-Mission geliefert wurden. Da die Abstände zwischen den Cluster- und MMS-Satelliten unterschiedlich sind und beide Missionen die Magnetosheath in verschiedenen Regionen und zu verschiedenen Zeiten durchqueren, können die Energieterme an verschiedenen Orten, auf verschiedenen Skalen und unter verschiedenen Sonnenwind- Bedingungen statistisch ausgewertet werden. Die Simulationen sagen auch voraus, dass die Energieumwandlungen nicht überall stattfinden, sondern sich eher lokal auf enge kohärente Strukturen konzentrieren, wo die verfügbare freie Energie die Teilchenpopulationen und ihre Geschwindigkeitsverteilungen beeinflussen kann. Dies kann Instabilitäten und Wellen erzeugen, einschließlichverschiedener Wellen-Teilchen-Wechselwirkungen und Änderungender Geschwindigkeitsverteilungen der Teilchen. Die Untersuchung von MMS-Daten ermöglicht ein besseres sowohl lokales als auch statistisches Verständnis der kinetischen Skalenprozesse, die mit der variierenden Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen und ihrer Beziehung zu mehrskaligen Energietermen an kohärenten Strukturen einhergehen. Wir werden erweiterte statistische Analysen auf Basis fortschrittlicher Methoden durchführen, indem wir Einzel- und Mehrpunktmessungen anwenden und Simulationsergebnisse mit Hilfe der fluiden und kinetischen Skalen aus den Cluster- bzw. MMS-Daten überprüfen. Die erdnahe Plasma-Umgebung ist die einzige Region im Weltraum, in der diese grundlegenden Prozesse mit den derzeit verfügbaren Satellitenmessungen direkt erforscht werden können. Die erwarteten Ergebnisse können unser Wissen über den Energieaustausch und die Energiedissipation in kollisionsfreien Weltraumplasmen beeinflussen. Darüber hinaus kann die Rolle der aktiven Magnetosheath bei den Wechselwirkungsprozessen zwischen Sonnenwind und Magnetosphäre besser verstanden werden.