Turbulenz in Weltraumplasmen

Die Schwierigkeiten Turbulenz zu verstehen, "das letzte ungelöste Problem in klassischer statistischer Mechanik" (nach Feynman), entstehen von der nichtlinearen Wechselwirkung einer großen Zahl von Freiheitsgraden auf vielen Skalen. Hier bedeutet das Wort "groß" riesig oder unendlich, was auch mit herkömmlicher Computertechnik nicht zu erreichen ist. Dieses Projekt konzentriert sich daher auf mindest so signifikante Probleme fundamentaler Bedeutung: Nicht-Lokalität von nichtlinearen Wechselwirkungen in turbulenten Weltraumplasmen. Nicht-Lokalität wird mit anderen "Negativ-Eigenschaften" assoziiert, die durch die Reichhaltigkeit der räumlich-zeitlichen Bedingungen während der Entstehung von Turbulenz induziert werden. Die Vielfalt an kohärenten Strukturen, an Grenzflächen und Wellen in magnetohydrodynamischen Strömungen mit ihren Wechselwirkungen hindern uns daran adäquate physikalische Gesetze universell anwendbar zu formulieren. Im Gegensatz zur klassischen Kolmogorov Phänomenologie, einer universellen Beschreibung für Turbulenz auf kleinen Skalen, wird die Rolle nicht-lokaler Wechselwirkungen, die zu nicht-universellen Skalierungen und Anisotropie führt, nur langsam in magnetohydrodynamischen Systemen erkannt. So stellt der Sonnenwind ein hervorragendes Testmedium für statistische Untersuchungen der genannten Negativ-Eigenschaften dar. Nicht-Lokalität kann über spektrale Charakteristiken der Fluktuationen sowie Statistik höherer Ordnung beobachtet werden. Um die besonderen Bedingungen großer Skalen im Sonnenwind identifizieren zu können, werden einfach- und mehrfach-Satelliten Methoden verwendet, um die Robustheit zu prüfen werden Tests und Abschätzungstechniken eingesetzt. Das Wechselspiel von statistischen Momenten kann Eigenschaften von Kopplungen auf verschiedenen Skalen sowie Wechselwirkungen großer Reichweite in der Turbulenz darlegen. Zudem ermöglicht nicht-extensive Thermostatistik ein grundlegendes Verständnis der Physik dieser Wechselwirkungen sowie nicht-lokaler Effekte auf fundamentalem Niveau. Die nicht-extensive Theorie sichert für experimentelle Studien von `Intermittency` (Energiebursts) im Sonnenwind Unabhängigkeit von a-priori Annahmen. In diesem Konzept wird Intermittency der turbulenten Fluktuationen physikalisch dem nicht-extensiven Charakter des interplanetaren Mediums zugeordnet, wodurch den nicht-lokalen Wechselwirkungen durch Entropieverallgemeinerung Rechnung getragen wird. Diese Theorie erleichtert auch ein globales Schalenmodell für Turbulenz mit einem definierten Niveau an Nicht- Extensivität zu formulieren. Das ultimativ angestrebte Ziel ist zu verstehen, wie universell das Verhalten in turbulenten Weltraumplasmen ist und insbesondere die Gesetzte zu finden, denen diese Plasmaströmungen genügen.

Die Schwierigkeiten Turbulenz zu verstehen, "das letzte ungelöste Problem in klassischer statistischer Mechanik" (nach Feynman), entstehen von der nichtlinearen Wechselwirkung einer großen Zahl von Freiheitsgraden auf vielen Skalen. Hier bedeutet das Wort "groß" riesig oder unendlich, was auch mit herkömmlicher Computertechnik nicht zu erreichen ist. Dieses Projekt konzentriert sich daher auf mindest so signifikante Probleme fundamentaler Bedeutung: Nicht-Lokalität von nichtlinearen Wechselwirkungen in turbulenten Weltraumplasmen. Nicht-Lokalität wird mit anderen "Negativ-Eigenschaften" assoziiert, die durch die Reichhaltigkeit der räumlich-zeitlichen Bedingungen während der Entstehung von Turbulenz induziert werden. Die Vielfalt an kohärenten Strukturen, an Grenzflächen und Wellen in magnetohydrodynamischen Strömungen mit ihren Wechselwirkungen hindern uns daran adäquate physikalische Gesetze universell anwendbar zu formulieren. Im Gegensatz zur klassischen Kolmogorov Phänomenologie, einer universellen Beschreibung für Turbulenz auf kleinen Skalen, wird die Rolle nicht-lokaler Wechselwirkungen, die zu nicht-universellen Skalierungen und Anisotropie führt, nur langsam in magnetohydrodynamischen Systemen erkannt. So stellt der Sonnenwind ein hervorragendes Testmedium für statistische Untersuchungen der genannten Negativ-Eigenschaften dar. Nicht-Lokalität kann über spektrale Charakteristiken der Fluktuationen sowie Statistik höherer Ordnung beobachtet werden. Um die besonderen Bedingungen großer Skalen im Sonnenwind identifizieren zu können, werden einfach- und mehrfach-Satelliten Methoden verwendet, um die Robustheit zu prüfen werden Tests und Abschätzungstechniken eingesetzt. Das Wechselspiel von statistischen Momenten kann Eigenschaften von Kopplungen auf verschiedenen Skalen sowie Wechselwirkungen großer Reichweite in der Turbulenz darlegen. Zudem ermöglicht nicht-extensive Thermostatistik ein grundlegendes Verständnis der Physik dieser Wechselwirkungen sowie nicht-lokaler Effekte auf fundamentalem Niveau. Die nicht-extensive Theorie sichert für experimentelle Studien von "Intermittency" (Energiebursts) im Sonnenwind Unabhängigkeit von a-priori Annahmen. In diesem Konzept wird Intermittency der turbulenten Fluktuationen physikalisch dem nicht-extensiven Charakter des interplanetaren Mediums zugeordnet, wodurch den nicht-lokalen Wechselwirkungen durch Entropieverallgemeinerung Rechnung getragen wird. Diese Theorie erleichtert auch ein globales Schalenmodell für Turbulenz mit einem definierten Niveau an Nicht- Extensivität zu formulieren. Das ultimativ angestrebte Ziel ist zu verstehen, wie universell das Verhalten in turbulenten Weltraumplasmen ist und insbesondere die Gesetzte zu finden, denen diese Plasmaströmungen genügen.