Endbericht

In diesem Projekt haben wir Stromschichtprozesse in der Erdmagnetosphäre untersucht. Stromschichten werden an Grenzen zwischen Regionen mit unterschiedlichen Plasma und magnetischen Feldern gebildet.  Sie sind wichtige Orte für Energieumwandlungsprozesse mit großen Auswirkungen wie magnetische Stürmen und Teilstürmen, die die wichtigsten Manifestationen des Weltraumwetter sind. Unter den verschiedenen Stromschichtprozessen ist die magnetische Rekonnektion ein wichtiger Prozess  für Plasmamischung und Beschleunigung von Teilchen.  Die Rekonnektion ist im gesamten Sonnensystem einschließlich der Erde und andere Planetenumgebungen, in Sonneneruptionen sowie im Sonnenwind von große Bedeutung.  Multi-Raumsonden-Beobachtungen von der ESA Cluster Mission und NASA THEMIS Mission boten ideale Daten für die Untersuchung der Stromschicht in Magnetschweif der Erde.  Mit den Daten von Cluster, wo die vier Satelliten  einen Tetraeder-Konfiguration bilden, kann man die Gradienten im 3D-Raum bestimmen. Die fünf THEMIS Raumschiff, die im größeren Abstände voneinander fliegen, bieten gleichzeitig die Daten von verschiedener Regionen des Magnetschweifs und ermöglichen es, Veränderungen auf großen räumlichen Skalen zu studieren. In diesem Projekt wurden Daten von diesen komplementären Mission ausgewertet und neue Kenntnisse über die großräumige Entwicklung der dünne Stromschicht sowie die lokale Aktivierungsprozesse der Stromschichten erworben.

Bei der Untersuchungen haben wir verschiedene Multi-Point-Datenanalysemethoden angewendet, um die Evolution der dünnen Stromschichts, vor Aktivitätsbeginn, zu aktivieren, zu analysieren sowie die genaue Stromschichtstruktur in der aktiven Region zu bestimmen. Insbesondere haben wir die drastischen zeitlichen/räumlichen Veränderungen in der Magnetfeldkomponente senkrecht zur Stromschicht identifiziert,  die eine lokalisierte dünne Stromschicht vor der Aktivierung bilden. Eine solche Konfiguration führt zu Instabilitäten, die Rekonnexion verursachen, wo magnetische Energie in Teilchenenergie umgewandelt wird. Basierend auf detaillierten Analysen haben wir einige neue unerwartete Stromschichtstrukturen in der Rekonnexionregion gefunden.  Dazu gehören asymmetrische Stromschicht und kleine magnetischen Flussseile (Wendelmagnetfeldstrukturen) außerhalb des Zentrums der Stromschicht. Diese unerwarteten dynamischen 3D-Signaturen in den Rekonnexionregion haben wichtige Implikationen auch für die Simulation / theoretische Arbeit und wartet auf weitere detaillierte Analyse mit der zukünftige Magnetospheric Multiscale Mission (MMS).