Untersuchung von Ausfällen in den Strahlungsgürteln und Ermittlung der Gründe für Verminderungen im Elektronenfluss während geomagnetischer Stürme

• Antragsteller: Professor Dr. Ferdinand Plaschke; Professor Yuri Shprits, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547667751

Die Van-Allen-Strahlungsgürtel der Erde sind gefährlich für Satelliten und Menschen im Weltraum. Sie stellen die erste Entdeckung des Raumfahrtzeitalters dar und sind weiterhin eines der faszinierendsten und nicht gut verstandenen Phänomene in den Weltraumwissenschaften. Die Strahlungsgürtel zeigen oft dramatische Ausfälle, bei denen Elektronenflüsse um mehrere Größenordnungen auf Zeitskalen absinken, die kürzer sind als die Umlaufzeiten der beobachtenden Satelliten. Das genaue Verständnis der Verlustprozesse ist noch unvollständig und eine genaue Quantifizierung der Verlustmechanismen fehlt. Es gibt zwei potenzielle Verlustmechanismen: (1) die Teilchenstreuung durch elektromagnetische Ionen-Zyklotron-Wellen (EMIC-Wellen), durch Thorne und Kennel (1971) vorgeschlagen, und (2) die radiale Diffusion, die durch den Verlust von Teilchen an der Magnetopause getrieben wird, durch Shprits et al. (2006) vorgeschlagen. Das übergreifende Ziel dieses Projekts ist es, die Ursachen für Ausfälle von Strahlungsgürtel-Elektronen bei unterschiedlichen Energien zu verstehen. Insbesondere werden wir die folgenden fokussierten, wissenschaftlichen Fragen Q1-Q7 beantworten: Q1: Wie sind EMIC-Wellen bezüglich magnetischer Lokalzeit (MLT), radialer Entfernung von der Erde, Frequenz und Wellennormalenwinkel verteilt? Q2: Wie stehen das Auftreten von EMIC-Wellen, der Sonnenwind und die geomagnetische Aktivität in Beziehung? Q3: Wie steht die Lage der Magnetopause und ihre Variabilität mit den Bedingungen des Sonnenwindes und der geomagnetischen Aktivität in Beziehung? Q4: Ist die Entfernung von der Magnetopause ein besserer Proxy für das Auftreten von EMIC-Wellen als der dynamische Druck des Sonnenwinds und L? Q5: Wie groß sind die relativen Beiträge für den Verlust von Strahlungsgürtel-Elektronen durch EMIC-Wellen und durch radiale Diffusion, die durch Teilchenverlust an der Magnetopause getrieben wird? Q6: Wie ändert sich der relative Beitrag des Teilchenverlusts an der Magnetopause und des Teilchenverlusts durch EMIC-Wellen mit der Elektronenenergie? Q7: Stimmt das Modell der Strahlungsgürtel mit den Beobachtungen von Pitchwinkel-Verteilungen und der Entwicklung von Elektronenflüssen und radialen Profilen derselben überein, oder fehlt noch ein zusätzlicher Verlustmechanismus? Um diese Fragen zu beantworten, werden wir Modelle für EMIC-Wellen und für die Lage und Variabilität der Magnetopause entwickeln, die in den Versatile Electron Radiation Belt (VERB)-Code aufgenommen werden. Sensitivitätsexperimente werden es uns ermöglichen, die Auswirkungen der beiden oben beschriebenen Mechanismen auf die Dynamik der Strahlungsgürtel bei unterschiedlichen Elektronenenergien zu quantifizieren. Die detaillierte Validierung der Code-Ergebnisse wird uns helfen zu verstehen, ob es zusätzliche fehlende physikalische Verlustmechanismen gibt, die erforderlich sind, um die Unterschiede zwischen den Ergebnissen des VERB-Codes und den Beobachtungen zu erklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Benjamin Grison, Ph.D.