Zusammenfassung

Stromschichten sind typische Phänomene in Weltraumplasmen, sie entstehen an Grenzschichten zwischen Plasmen und/oder magnetischen Feldern mit unterschiedlichem Ursprung. Beispiele außerhalb der Erdmagnetosphäre sind heliosphärische und planetare magnetosphärische Stromschichten sowie koronale Filamente. Während die globalen Eigenschaften der Stromschicht des terrestrischen Magnetschweifes sehr gut als Prozess auf der MHD-Skala verstanden werden können - sie resultieren durch Wechselwirkung zwischen dem interplanetaren magnetischen Feld und dem intrinsischen Erdmagnetfeld - finden wichtige Prozesse der Energieumsetzung in dünnen Stromschichten mit Dimensionen von einigen Ionen-Inertiallängen und darunter statt. Ein Beispiel dafür ist magnetische Rekonnektion, zugleich einer der Schlüsselprozesse bei dünnen Stromschichten, mit Umwandlung von magnetischer Energie in kinetische Teilchenenergie und Einfluss auf die großräumige Dynamik des Magnetschweifs der Erde durch explosive Dissipation von Energie während magnetischer Stürme und Teilstürme. Die vorgeschlagene Studie hat als Ziel ein umfassendes Verständnis von Prozessen in dünnen Stromschichten durch Untersuchungen bei unterschiedlichen Bedingungen zu erlangen, d.h. sowohl während einigermaßen stabiler Konfigurationen als auch bei aktiven Stromschichten wenn Rekonnektion auftritt. Weiters wird die Übergangsphase zwischen der ruhigen und aktiven Stromschicht untersucht. Die drei Schlüsselfragen lauten: (1) "Wie bilden sich dünnen Stromschichten?", (2) "Wie kommt es zur Aktivierung der dünnen Stromschicht und zum Beginn der Rekonnektion?", (3) "Wie sind dünne Stromschichten strukturiert in der Rekonnektions-Region?". Drei Arbeitspakete sind in dieser Forschungsarbeit geplant. Sie dienen zur Beantwortung der drei Schlüsselfragen basierend auf umfassenden Analysen von Mehrpunkt-Beobachtungen von Cluster und THEMIS.

  • WP1. Analyse von stabilen/ruhigen, dünnen Stromschichten
  • WP2. Analyse der Übergangsphase von ruhigen zu gestörten Stromschichten (Beginn von Rekonnektion)
  • WP3. Analysen von instabilen/aktiven, dünnen Stromschichten

Die Mehrpunkt-Daten erlauben ein Verständnis von dünnen Stromschichten auf unterschiedlicher räumlicher und zeitlichen Skala durch Analysen von stabilen Stromschichten und durch Analysen von dynamischen Stromschichten. Erstere erlauben ein Verstehen der langsamen Ausbildung einer dünnen Stromschicht und zeigen die Bedingungen der dünnen Stromschicht unmittelbar vor der Aktivierung, während die Untersuchung von aktiven Stromschichten und ihrer zeitlichen/räumlichen Entwicklung Einblicke auf Änderungen in der Topologie sowie resultierende Prozesse in der Teilchenbeschleunigung liefert. Die Resultate dieser komplementären Datenanalysen werden verglichen mit geeigneten theoretischen Modellen um die Moden der Instabilität oder eingängige Szenarien der Evolution von dünnen Stromschichten bestimmen zu können.