Energietransport im Magnetschweif und Entwicklung von TCRs

Travelling compression regions (TCRs) werden in der Erdmagnetosphäre als Regionen komprimierter Magnetfeldlinien beobachtet, die sich zur Erde und in den Magnetschweif bewegen. Diese Phänomene treten während magnetischer Stürme auf. Dabei handelt es sich um starke Störungen in der Erdmagnetosphäre durch die Satelliten beschädigt, Radio- und GPS-Signale gestört, und elektrische Stromsysteme zerstört werden können. Aufgrund des Einflusses von Weltraumwetter auf unsere Gesellschaft ist ein besseres Verständnis der Prozesse die zu einem magnetischen Sturm führen von großer Bedeutung. Insbesondere der Transport von Energie die während eines magnetischen Sturms freigesetzt wird ist von großer wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Relevanz. Dieses Projekt setzt sich die Klärung folgender offener Fragen zum Ziel: (1) Wie verändern und entwickeln sich TCRs und ihre direkten Verursacher (etwa Plasmoide) während ihrer Bewegung im Magnetschweif? (2) Welche physikalischen Mechanismen führen zu diesem Transport, wie wird dieser Transportmechanismus beeinflusst und wie groß ist die transportierte magnetische Energie von TCRs im Vergleich zur kinetischen und thermischen Energie des Plasmoids? (3) Wie sieht die innere Struktur von Plasmoiden aus und welche Parameter bestimmen TCRs und Plasmoide? (4) Wieso kommt es zu einer differenzierten Ausbildung von erdwärts und schweifwärts gerichteten TCRs? Um diese Fragen zu beantworten werden wir uns in-situ Beobachtungen, einem theoretischen Modell und einer numerischen Simulation bedienen. THEMIS, sowie die Nachfolgemission ARTEMIS stellen eine ausgezeichnete Möglichkeit dar die Entwicklung von TCRs und Plasmoiden zu untersuchen. Entscheidend ist hierbei die räumliche Trennung der beiden Sonden P1 und P2 von etwa 10 Erdradien in den Jahren 2008 und 2009 in einer Region von etwa 20-30 Erdradien im Schweif, sowie eine Distanz zwischen den Sonden von einigen Tausend Kilometern bis ca. 20 Erdradien in den Jahren 2010 und 2011 in einer Region von etwa 55-65 Erdradien im Schweif. Zusätzlich kann die einzigartige Tetraeder- Konfiguration der äußerst erfolgreichen Cluster Raumsonden in etwa 12-20 Erdradien im Schweif genutzt werden um TCRs und die dazugehörigen Plasmaregionen gleichzeitig zu erforschen. Wir werden unser bestehendes Model zur Beschreibung von TCRs auf kompressible Plasmen erweitern um auch thermische Energie in den Energietransport miteinbeziehen zu können und damit den Gesamtenergietransport in Form von magnetischer, kinetischer und thermischer Energie beschreiben zu können. Schließlich werden wir eine numerische MHD Simulation verwenden um die theoretischen Arbeiten auf dem Gebiet der Entwicklung von TCRs und des Energietransports im Magnetschweif zu unterstützen und die in-situ Beobachtungen in einen globalen Zusammenhang zu bringen. Durch die Verwendung theoretischer und numerischer Methoden in Kombination mit der Analyse von in-situ Beobachtungen können wir einen tieferen Einblick in die Entwicklung von TCRs sowie die innere Struktur und die Entwicklung von Plasmoiden und ein umfassendes physikalisches Verständnis des Energietransports im Magnetschweif der Erde erhalten.