Anregung und Entwicklung von Fluktuationen im Nichtgleichgewichts-Sonnenwindplasma

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Schlickeiser
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315239725

Langzeitmessungen der Mikrozustände des Sonnenwindplasmas haben eine direkte Korrelation mit beobachteten Fluktuationen offenbart, was auf eine lokale Anregung und Verstärkung letzterer durch kinetische Instabilitäten hinweist. Die niederenergetischen (Kern-)Populationen sind nahe einer Energieäquipartition und innnerhalb Temperaturanisotropie-bedingter Grenzen durch die Schwellenwerte kinetischer Instabilitäten geformt. Die Rolle suprathermischer Verteilungen ist noch nicht vollständig geklärt, obwohl sie eine signifikante kinetische Energiedichte repräsentieren und zur Folge haben, dass Weltraumplasmen selbst ohne kinetische Anisotropien nicht im thermischen Gleichgewicht sind. Im Rahmen des Projektes werden wir in bisher unerreichtem Detail das Wechselspiel der Kern- und Halopopulationen untersuchen, welches entscheidend für die Anregung und Entwicklung von Plasmafluktuationen ist. Das Ziel ist die Formulierung einer theoretischen Grundlage für eine realistische Vorhersage und Charakterisierung solcher Fluktuationen, die durch kinetische Anisotropien im Sonnenwind induziert werden. Dies wird erreicht mit einer kinetischen Modellierung der anisotropen Plasmazustände unter Verwendung verallgemeinerter Kappa-Verteilungen, die ein weitentwickeltes, mächtiges Werkzeug zur selbstkonsistenten Beschreibung der Sonnenwindynamik darstellen. Die Instabilitätsbedingungen und maximalen Anwachsraten, die im Rahmen der linearen Theorie bestimmt werden, sind von zentraler Bedeutung und werden den schnellsten Relaxationsprozess der kinetischen Anisotropie offenbaren. Besondere Aufmerksamkeit wird sowohl den wechselseitigen Effekten von Elektronen und Protonen gewidmet, da diese die Instabilitätsbedingungen signifikant ändern können, als auch den üblicherweise vernachlässigten schwach propagierenden und aperiodischen Fluktuationen, die aber effizienter sein können als periodische Moden. Das Forschungsprogramm umfasst auch die erstmalige Analyse der quasilinearen (schwach nichtlinearen) Entwicklung von selbstgenerierten Instabilitäten in anisotropen Kappa-verteilten Plasmen. Dies ermöglicht eine umfassende Studie der linearen und nichtlinearen Entwicklung von Fluktuationen, einschließlich ihrer Rückwirkung auf die Geschwindigkeitsverteilungen und deren Momente, d.h. auf die makroskopischen Plasmaparameter. Das Projekt ist sehr aktuell einerseits angesichts des gegenwärtigen Interesses an der Physik von Nichtgleichgewichtsplasmen und andererseits angesichts der durch zahlreiche Daten von früheren, gegenwärtigen und insbesondere in Vorbereitung befindlichen Raumsondenmission gegebenen Möglichkeiten unser Verständnis solcher Plasmen voranzubringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen