Participation in the SWAVES/STEREO project
Final Report Abstract
Die Phänomene der aktiven Sonne wie Flares und koronale Massenauswürfe (coronal mass ejections, CMEs) erzeugen hohe Flüsse energiereicher Elektronen, die sich durch den interplanetaren Raum ausbreiten und Satelliten und Astronauten in Erdnähe treffen können. Entlang ihres Weges regen die Elektronen Plasmawellen an, die als interplanetare Typ III-Bursts bezeichnet werden. Die beiden STEREO-Satelliten bieten die Möglichkeit räumlich aufgelöste Beobachtungen an interplanetaren Typ III-Bursts durchzuführen und so die Ausbreitung der Elektronen zu untersuchen. Aus dem Eintreffen der Elektronen bei einem Satelliten in Erdnähe lässt sich aus ihrer Geschwindigkeit der Zeitpunkt ihrer Freisetzung in der Korona der Sonne berechnen. Gleichzeitig führen energiereiche Elektronen in der Korona zur Emission von Röntgenstrahlung und Radiowellen, die ebenfalls beobachtet werden. Dabei wird häufig eine Zeitverzögerung von bis zu 10 Minuten zwischen dem Einsetzen der Röntgenstrahlung und der errechneten Freisetzung der Elektronen beobachtet. Damit stellt sich die Frage, ob die Elektronen wirklich verzögert freigesetzt werden, oder ob sie durch Streuung im interplanetaren Raum aufgehalten werden. Dabei ist bemerkenswert, dass die Energieabhängigkeit der Ankunftszeiten in Erdnähe auf ungestreute Ausbreitung hinweist. Es wurden numerische Simulationsrechnungen mit einem kinetischen Modell für Elektronen im Sonnensystem durchgeführt, um diese Frage näher zu untersuchen. Das Modell enthält die Einflüsse von Stößen der Elektronen mit anderen Elektronen und Protonen, sowie Streuung an elektromagnetischen Wellen die stets im Sonnenwind beobachtet werden. Diese Wellen führen hauptsächlich zu sogenannter Pitchwinkel-Streuung, bei der die Elektronen aus ihrer Ausbreitungsrichtung heraus gestreut werden. Es wurde festgestellt dass diese Streuung die Ankunft der Elektronen in Erdnähe bis zu einer Minute verzögert. Der Effekt ist also zu schwach für die beobachteten 10 Minuten. Wenn nicht nur die Pitchwinkel-Streuung, sondern auch die geringe aber nicht verschwindende Energieänderung der Elektronen bei ihrer Wechselwirkung mit Plasmawellen berücksichtigt wird, so lautet das überraschende Ergebnis dass dieser Effekt zu früheren Ankunftszeiten führt, der die oben genannte Verzögerung weitgehend kompensiert. Damit liefern die Modellrechnungen eine Erklärung dafür, wieso eine quasi-freie Ausbreitung der Elektronen im interplanetaren Raum beobachtet wird, obwohl es starke Streuung an Plasmawellen gibt.
Publications
- Whistler wave excitation by relativistic electrons in coronal loops during solar flares, Astronomy and Astrophysics, 452, 331-337, (2006)
Vocks, C., and Mann, G.
- Formation of suprathermal electron distributions in the quiet solar corona, Astronomy and Astrophysics, 480, 527-536, (2008)
Vocks C., Mann, G., and Rausche, G.
- Scattering of solar energetic electrons in interplanetary space, Astronomy and Astrophysics, 502, 325-332, (2009)
Vocks, C., and Mann, G.
