Kinetische Simulationen von Elektroneninstabilitäten in der Solaren Korona

• Antragsteller: Dr. Urs Ganse
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235550657

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Forschungsvorhaben ging es um die Untersuchung Solarer Radiobursts und verwandter Phänomene, die durch Instabilitäten der Elektronenverteilung in interplanetarem und sonnennahen Plasma entstehen können und durch Erd- sowie Weltraum-gebundene Beobachtungen schon seit geraumer Zeit klassifiziert worden sind. Aufgrund ihrer engen Kopplung mit Mikrophysikalischen Prozessen innerhalb der Plasmaumgebung der Emissionsregion dienen sie als potentielle Vorhersage-Beobachtungsgrößen, die Fernuntersuchungen von Plasmabedingungen im Sonnenwind und Vorhersagen von Weltraumwetterbedingungen unterstützen oder ermöglichen können. Um jedoch diese Beobachtungsdaten verstehen und einschätzen zu können, bedarf es genauen Verständnisses und präziser physikalischer Modelle der relevanten Emissionsprozesse, die in diesem Projekt mittels kinetischer Plasmaphysiksimulationen untersucht wurden. Der ursprüngliche Plan, allein durch selbstkonsistente, mikrophysikalische Modellierung der Emissionsregion weiteres Verständnis der Parameter, die dem Erzeugungsprozess dieser Radiowellen zu Grunde liegen zu erlangen, stellte sich schnell aus zu kurz gefasst heraus: vielmehr ist eine Kopplung von mikro- und makrophysikalischen Skalen vonnöten um die Emissionsprozesse und -Regionen solarer Radiobursts sowie ähnlicher, Beam-getrieberer Plasmainstabilitäten verstehen zu können. Es kam daher zu einer Umstrukturierung des Projektes, in dem nunmehr eine Kopplung verschiedenskaliger kinetischer Simulationsmethoden zum Einsatz gebracht wurde, um den Transport und die Instabilitätsbedingungen nichtthermischer Teilchenpopulationen im erdnahen Weltraum zu untersuchen, und diese direkt mit in-situ Satellitenbeobachtungen zu vergleichen. Das Resultat ist ein leistungsstarkes Simulationsmodell, das nicht bloß für die Weltraumwettervorhersage, sondern auch für weitere heliosphärische Plasmaphänomene von Nutzen ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Fundamental and harmonic plasma emission in different plasma environments. In:A&A 564 (2014), A15
  Ganse, U. ; Kilian, P. ; Spanier, F. ; Vainio, R.
  
• Helical Ion Beams from Fluctuating Shock Structures. In: Proceedings of the 34th International Cosmic Ray Conference, 2015
  Ganse, U. ; Vainio, R. ; Spanier, F. ; Ivascenko, A. ; Palmroth, M. ; Alfthan, S. von ; Pfau-Kempf, Y.
  
• ULF foreshock under radial IMF: THEMIS observations and global kinetic simulation Vlasiator results compared. In: Journal of Geophysical Research October (2015)
  Palmroth, Minna ; Archer, M ; Vainio, Rami ; Pfau-Kempf, Yann ; Hoilijoki, Sanni ; Hannuksela, Otto ; Ganse, Urs ; Sandroos, Arto ; Alfthan, Sebastian von ; Eastwood, Jonathan P.
  
• Mirror modes in the Earth’s magnetos-heath: Results from a global hybrid-Vlasov simulation. In: Journal of Geophysical Research: Space Physics (2016)
  Hoilijoki, Sanni ; Palmroth, Minna ; Walsh, Brian M. ; Pfau- Kempf, Yann ; Alfthan, Sebastian von ; Ganse, Urs ; Hannuksela, Otto ; Vainio, Rami