Zusammenfassung

Der Weltraum ist ausgefüllt mit Plasma, einem ionisierten Hochtemperaturgas, das aus Elektronen, Protonen und anderen Ionen besteht und mit dem magnetischen / elektrischen Feld interagiert. Die Erdmagnetosphäre entsteht als Folge der Wechselwirkung zwischen den Plasmaströmen des Sonnenwinds, die ein interplanetares Magnetfeld mitführen, und dem terrestrischen Magnetfeld mit den Plasmen. Die ausgedehnte Magnetosphäre an der Nachtseite wird daher als Magnetschweif bezeichnet und stellt einen Schwerpunkt im Forschungsprojekt dar.

In diesem Projekt untersuchten wir sowohl mikro-skalige als auch globale Prozesse, die die Magnetschweifstruktur und -dynamik bestimmen, basierend auf die Datenanalyse der Mehrpunkt-missionen CLUSTER von ESA und THEMIS und MMS von NASA. Insbesondere haben wir uns auf die Dynamik der Elektronen konzentriert, die die schnellste und leichteste Plasmakomponente darstellt. Die Elektronendynamik war aufgrund der Schwierigkeiten einer genauen Messung weniger bekannt, konnte jedoch mit MMS, gestartet im Jahr 2015, detailliert analysiert werden. Die Daten wurden mit verschiedenen Methoden, die teilweise im Projekt entwickelt worden sind, analysiert. Die Ergebnisse der Beobachtungen wurden mit der numerischen Simulation verglichen. Dies ist ein nützliches Werkzeug, um die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen zu bestätigen.

Unter verschiedenen Prozessen im Magnetschweif haben wir dynamische Prozesse wie die sogenannte „Magnetische Rekonnexion“, bei der magnetische Energie in Partikelenergie umgewandelt wird, die zu einer großräumigen Konsequenz führt, untersucht. Die wichtigste Konsequenz im Magnetschweif ist der sogenannte „Teilsturm oder Sturm“, der die spektakuläre Aurora und die abrupte Zunahme der energetischen Teilchen im erdnahen Weltraum, die sogenannte „Injektion“, verursacht. Dank der hochauflösenden Daten von MMS konnten wir erstmals die Elektronenbeschleunigung in einer symmetrischen magnetischen Stromschicht, der Rekonnexionregion quantitativ erklären, was auch durch die Ergebnisse der kinetischen Simulation mit vollständigen Partikeln gestützt wurde. Weiterhin wurden neue Erkenntnisse der feldausgerichteten Elektronenprozesse, einschließlich der Kopplung an die Ionosphäre  erworben. Die Elektronendynamik und die großräumige Magnetschweifstruktur spielen eine wichtige Rolle bei der explosiven Energieübertragung bei Teilstürmen und Stürmen, die eines der wichtigsten Weltraumwetterphänomene sind, die unser technologisches Leben für Kommunikation und Navigation erheblich beeinflussen.