Datengestützte selbst-konsistente Modellierung von Turbulenz und Teilchentransport in der Heliosphäre

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Horst Fichtner; Professor Dr. Bernd Heber
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 221245396

Mit dem beantragten 3-Jahres-Projekt beabsichtigen wir, die erfolgreiche Kollaboration zwischen den Forschungsgruppen der beiden Antragsteller H. Fichtner (Ruhr-Universität Bochum) und B. Heber (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel) mit M.S. Potgieter (North-West University, Campus Potchefstroom, South Africa) zum Thema `Teilchentransport in heliosphärischen Magnetfeldstrukturen' fortzusetzen. Dieses Forschungsthema ist weiterhin sehr aktuell angesichts der kommenden Weltraummissionen Solar Orbiter, Solar Probe Plus (voraussichtlicher Start 2018) und THOR (2026), die energiereiche Teilchen und das Sonnenwindplasma beobachten werden. Ein Schlüssel für ein umfassendes Verständnis der zu erwarteten Messungen wird die simultane Modellierung der Turbulenz im dynamischen Plasma und des Transports energiereicher Teilchen sein. In Verbesserung früherer Ansätze werden wir erstmalig eine Modell-Suite anwenden, die so selbst-konsistent wie möglich ist und die neuartigen Aspekte detaillierter Vergleiche mit dreidimensionalen Multipunkt-Raumsonden-Daten, realistischer innerer (solarer) Randbedingungen und einer expliziten Berücksichtigung der sogenannten Slab- und Quasi-zweidimensionalen Komponenten der Fluktuationen des heliosphärischen Magnetfeldes beinhaltet. Dies wird es uns ermöglichen, die folgende zentrale, wissenschaftliche Frage anzugehen: Können gegenwärtige 'state of the art'-Modelle des kinetischen Transports, der Magnetohydrodynamik und der Turbulenzentwicklung in kombinierter Weise verwendet werden, um dreidimensionale Multipunkt-Raumsonden-Daten zu erklären? Um diese Frage zu beantworten werden wir einerseits den Transport energiereicher Teilchen simultan mit der Sonnenwindynamik und der Turbulenzentwicklung sowohl in transienten als auch in wiederkehrenden Strukturen modellieren und dazu hochaufgelöste Magnetfeld- und Plasmamessungen als Eingabegrößen verwenden. Andererseits werden wir bestimmte Zeiträume mit Raumsondenmessungen von transienten und wiederkehrenden Strukturen sowie solare Teilchenereignisse während verschiedener Phasen des solaren Aktivitätszyklusses untersuchen, um die Suite der kombinierten Modelle zu validieren und die Modellparameter einzugrenzen. Auf diese Weise werden wir diejenigen Transportmodelle und ihre Parameter bestimmen, die es erlauben, die mit verschiedenen Raumsonden gewonnen Daten zu energiereichen Teilchen zu erklären und Kriterien zu deren Plausibilität zu definieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südafrika
• Kooperationspartner: Professor Dr. Marius S. Potgieter