Ionosphären-Dynamo

In diesem Forschungsbereich charakterisieren und untersuchen wir Prozesse, die elektrische Felder und Ströme in den elektrisch leitenden Schichten der Ionosphäre erzeugen. Diese Felder und Stöme interagieren in höheren Lagen mit der Magnetosphäre und in niedrigeren Lagen mit der Atmosphäre. Dieser Atmosphärenbereich kann aufgrund der Beziehung zum erdnahen Weltraum über die Magnetosphäre und die Lithosphäre der Erde als Schlüsselregion angesehen werden.

Am IWF verwenden wir zwei Ansätze, welche die Fernerkundung von Plasma in den ionosphärischen Schichten ermöglichen. Der eine basiert auf der Modellierung von Stömungen im Ionosphären-Dynamo, der andere auf der Anwendung von Funkwellenausbreitungen. Die Kombination beider Methoden ermöglicht es uns, unsere Modelle zu optimieren und beobachtete Werte mit den berechneten elektrischen Feldern und magnetischen Variationen zu vergleichen. Die Atmosphäre, Ionosphäre und Magnetosphäre stehen miteinander in Verbindung, wobei die Einflüsse der Sonnenaktivität auf magnetische, Plasma- und neutrale Komponenten der Erdumgebung untersucht werden. Die Modellierung der physikalischen Parameter der Ionosphäre wird dabei mit den beobachteten magnetischen Bodenstörungen auf Übereinstimmungen verglichen.

Die Abbildung (zum Vergrößern klicken) zeigt eine schematische Darstellung der Untersuchungen des Ionosphären-Dynamos auf der Grundlage von: (a) Gesammelten Beobachtungen, die von Raumfahrzeugen (CSES, DEMETER, SWARM und WIND) und bodengestützten ULF- und VLF/LF-Stationen (INFREP, INTERMAGNET) aufgezeichnet wurden, (b) der Verwendung von Magnetfeldmodellen und Leitfähigkeiten als Eingabeparameter für die dynamische Simulation der Ionosphäre und (c) der Kombination vom berechneten elektrischen Feld und magnetischen Variationen mit solaren und geomagnetischen Aktivitätsindizes, die aus Weltraum- und Bodenbeobachtungen abgeleitet wurden.

Kürzlich haben wir die Ausbreitung seismogener elektrischer Ströme durch die Erdatmosphäre analysiert, wobei solche Ströme mit der Erdbebenzone in der Lithosphäre verbunden sind. Auch subionosphärische VLF/LF-Sendersignale werden verwendet, um die Dynamik der D- und E-Schichten in der Ionosphäre unter dem Einfluss der solaren und geomagnetischen Aktivitäten hervorzuheben. Die Ausbreitung elektomagnetischer VLF/LF-Wellen lässt uns auf das Funkspektrum zwischen dem Boden und der unteren Ionosphäre schließen.