Forschung an unserem Institut: Simulation der Plasmawechselwirkung

Das Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln befaßt sich im Rahmen des Cassini-Magnetometerexperiments mit der Entwicklung von Modellen der Titan-Plasmawechselwirkung. Titan, der sich während seines Umlaufs innerhalb Saturns Magnetosphäre oder im Sonnenwind befinden kann, ist ein faszinierendes Studienobjekt der Magnetosphärenwechselwirkung.

Das Modell von Mücke-Herzberg behandelt den Übergang vom ungestörten fernen Magnetosphärenplasma zum Ionosphärenplasma der Titanionosphäre. Dabei handelt es sich um ein ein-dimensionales magnetohydrodynamisches (MHD) Modell, d.h. Ionen und Elektronen werden als Flüssigkeiten betrachtet. Die dynamischen Größen der Simulation sind Geschwindigkeit, Anzahldichte, Temperatur (der Ionen und Elektronen) und Magnetfeldstärke. Die Betonung des Modells liegt in der Behandlung möglichst vieler Ionenspezies (24) unter Berücksichtigung ihrer chemischen Reaktionen untereinander und mit dem Neutralgas. Die Entstehung der Ionen und die Rekombination mit Elektronen zu Neutralatomen gehen als Quell- und Verlustterme der Kontinuitätsgleichungen einer jeden Spezies in das MHD Modell ein.

Ergebnisse der Modellrechnungen sind die Simulation der Prozesse, die zur Abbremsung des anströmenden schnellen Magnetosphärenplasmas auf niedrige Geschwindigkeiten in der Ionosphäre führen. Außerdem wird die Bildung einer Ionopause und die Lage und Struktur des Ionosphärenpeaks untersucht.

Des weiteren arbeitet unser Institut an der drei-dimensionalen Modellierung der Plasmawechselwirkung von Titan. Das Plasma wird als Elektronen-Fluid und Ionen-Fluis betrachtet, das aus nur einer Ionenspezies mit einer mittleren Masse besteht. Diese Art der Beschreibung bezeichnet man als Zweifluid-MHD. Dabei liegt das Hauptinteresse in der Modellierung von 3D Effekten wie zum Beispiel Magnetfeldstrukturen oder die räumliche Struktur der Ionosphäre unter dem Einfluß der Wechselwirkung.

Erste Ergebnisse sind in der folgenden Arbeit veröffentlicht:

Mücke-Herzberg, D.
Ein eindimensionales Multiionen-MHD-Modell der Ionosphärendynamik von Titan. Dissertation, Universität zu Köln (herausgegeben in: Mitteilungen aus dem Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln, Heft 124), 1998

 

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Autoren: Heiko Backes, Dorothea Mücke-Herzberg