Kinetic Simulations of Electron Instabilities in the Solar Corona

• Applicant: Dr. Urs Ganse
• Subject Area: Astrophysics and Astronomy
• Term: from 2013 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 235550657

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

In diesem Forschungsvorhaben ging es um die Untersuchung Solarer Radiobursts und verwandter Phänomene, die durch Instabilitäten der Elektronenverteilung in interplanetarem und sonnennahen Plasma entstehen können und durch Erd- sowie Weltraum-gebundene Beobachtungen schon seit geraumer Zeit klassifiziert worden sind. Aufgrund ihrer engen Kopplung mit Mikrophysikalischen Prozessen innerhalb der Plasmaumgebung der Emissionsregion dienen sie als potentielle Vorhersage-Beobachtungsgrößen, die Fernuntersuchungen von Plasmabedingungen im Sonnenwind und Vorhersagen von Weltraumwetterbedingungen unterstützen oder ermöglichen können. Um jedoch diese Beobachtungsdaten verstehen und einschätzen zu können, bedarf es genauen Verständnisses und präziser physikalischer Modelle der relevanten Emissionsprozesse, die in diesem Projekt mittels kinetischer Plasmaphysiksimulationen untersucht wurden. Der ursprüngliche Plan, allein durch selbstkonsistente, mikrophysikalische Modellierung der Emissionsregion weiteres Verständnis der Parameter, die dem Erzeugungsprozess dieser Radiowellen zu Grunde liegen zu erlangen, stellte sich schnell aus zu kurz gefasst heraus: vielmehr ist eine Kopplung von mikro- und makrophysikalischen Skalen vonnöten um die Emissionsprozesse und -Regionen solarer Radiobursts sowie ähnlicher, Beam-getrieberer Plasmainstabilitäten verstehen zu können. Es kam daher zu einer Umstrukturierung des Projektes, in dem nunmehr eine Kopplung verschiedenskaliger kinetischer Simulationsmethoden zum Einsatz gebracht wurde, um den Transport und die Instabilitätsbedingungen nichtthermischer Teilchenpopulationen im erdnahen Weltraum zu untersuchen, und diese direkt mit in-situ Satellitenbeobachtungen zu vergleichen. Das Resultat ist ein leistungsstarkes Simulationsmodell, das nicht bloß für die Weltraumwettervorhersage, sondern auch für weitere heliosphärische Plasmaphänomene von Nutzen ist.

Publications

• Fundamental and harmonic plasma emission in different plasma environments. In:A&A 564 (2014), A15
  Ganse, U. ; Kilian, P. ; Spanier, F. ; Vainio, R.
  
• Helical Ion Beams from Fluctuating Shock Structures. In: Proceedings of the 34th International Cosmic Ray Conference, 2015
  Ganse, U. ; Vainio, R. ; Spanier, F. ; Ivascenko, A. ; Palmroth, M. ; Alfthan, S. von ; Pfau-Kempf, Y.
  
• ULF foreshock under radial IMF: THEMIS observations and global kinetic simulation Vlasiator results compared. In: Journal of Geophysical Research October (2015)
  Palmroth, Minna ; Archer, M ; Vainio, Rami ; Pfau-Kempf, Yann ; Hoilijoki, Sanni ; Hannuksela, Otto ; Ganse, Urs ; Sandroos, Arto ; Alfthan, Sebastian von ; Eastwood, Jonathan P.
  
• Mirror modes in the Earth’s magnetos-heath: Results from a global hybrid-Vlasov simulation. In: Journal of Geophysical Research: Space Physics (2016)
  Hoilijoki, Sanni ; Palmroth, Minna ; Walsh, Brian M. ; Pfau- Kempf, Yann ; Alfthan, Sebastian von ; Ganse, Urs ; Hannuksela, Otto ; Vainio, Rami