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www.ieap.uni-kiel.de/et/ | 24. 10. 2017

Extraterrestrische Physik am IEAP der CAU

Fahne Großbritannien

Forschung

Wissenschaftliche Arbeit/ Forschungsschwerpunkte

Forschungsschwerpunkt der Extraterrestrischen Physik ist das Verständnis der verschiedenen Teilchenpopulationen in der Heliosphäre und ihrer Auswirkungen auf die Erde und Menschen. Diese Populationen umfassen den gesamten Energiebereich vom Sonnenwind bis hin zu der hochenergetischen galaktischen kosmischen Strahlung. Wir untersuchen die Zusammensetzung, Geschwindigkeits-, Energie- und Richtungsverteilungen sowie die zeitliche Variabilität dieser Teilchenpopulationen an verschiedenen Orten in der Heliosphäre.

Aus den Daten dieser Untersuchungen lassen sich Rückschlüsse ziehen über Quellen, Beschleunigungs- und Transportprozesse, die Struktur der Heliosphäre, wie auch über die Modulation der galaktischen kosmischen Strahlung durch die Heliosphäre und die Abschirmung durch das irdische Magnetfeld. Ferner soll die Infrastruktur bestehender Instrumente im Weltraum, in erdnaher Umlaufbahn, in der Atmosphäre, wie auch am Boden dazu benutzt werden, die Wirkungskette grosser Teilchenereignisse von der Sonne bis zum Boden zu verstehen.

Erfahren Sie mehr auf den Seiten der Arbeitsgruppen (Auswahl im linken oder oberen Menü).

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Projekte und Missionen

Die Heliosphäre als Labor

Die Entwicklung und der Bau von Instrumenten für die In-Situ-Messung von energiereichen Teilchen im heliosphärischen Plasma hat lange Tradition in der extraterrestrischen Physik der CAU zu Kiel. Gefördert durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sind seit den siebziger Jahren eine Reihe von Instrumenten entwickelt und gebaut worden. Die damit gewonnenen Daten werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert, im Hause, oder in internationaler Zusammenarbeit analysiert und interpretiert.

Neben den Missionen finden auch im Hause Projekte, teilweise zur Vorbereitung neuer Missionen, statt.

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Die Forschungsziele und Fragen der Missionen

Die Injektion von suprathermalen Teilchen in den Beschleunigungsprozess für energiereiche Teilchen

Welche Teilchen werden weiterbeschleunigt? Wir wissen heute, dass die energiereichen Teilchen nicht direkt aus dem Sonnenwind heraus beschleunigt werden, sondern sehr wahrscheinlich aus einem Reservoir von suprathermalen Teilchen, welches durch eruptive solare Prozesse immer wieder aufgefüllt wird. Diese suprathermale Teilchenpopulation wird mit SWICS, PLASTIC, STICS, SEPT, EPHIN und (H)STOF untersucht. Wie werden die Teilchen in den Beschleunigungsprozess eingespiesen und weiterbeschleunigt?

Die Beschleunigung von Teilchen zu hohen Energien (> 0,1 MeV/nuc) in eruptiven solaren Ereignissen oder an interplanetaren Stoßfronten

Die dauernde Rekonfiguration des solaren Magnetfeldes führt immer wieder, und zu Zeiten des solaren Aktivitätmaximums, also bei hoher Sonnenfleckenzahl, besonders häufig, zu einer plötzlichen Freisetzung der im Magnetfeld gespeicherten Energie. Dabei können Teilchen zu sehr hohen Energien beschleunigt werden, oft werden dabei selbst Kernreaktionen ausgelöst. Oft treten dabei auch koronale Stoßwellen auf, welche ebenfalls Teilchen beschleunigen und durch koronale Massenauswürfe (coronal mass ejections, CMEs) angetrieben werden.

Die Ausbreitungseigenschaften energiereicher Teilchen in verschiedenen Sonnenwindtypen

Die an Stoßfronten, solaren Flares, oder planetaren Magentosphären beschleunigten Teilchen, wie auch die galaktische kosmische Strahlung und deren anomale Komponente, breiten sich durch die Heliospäre aus. Wie sie sich ausbreiten, wird mikroskopisch durch komplizierte plasmaphysikalische Prozesse und Welle-Teilchen-Wechselwirkungen bestimmt. Weil sich die verschiedenen Sonnenwindtypen auch durch diese Eigenschaften unterscheiden, müssen sich auch die Ausbreitungseigenschaften unterscheiden.

Die dreidimensionale Struktur der Heliosphäre

Neben den mikrospkopischen Eigenschaften bestimmt auch die globale Konfiguration des interplanetaren Magnetfeldes (IMF) die Ausbreitungseigenschaften energiereicher Teilchen in der Heliosphäre. Das IMF wird einerseits durch den Sonnenwind von der Sonne wegetragen und damit durch den Sonnenwind selber beeinflusst. Andererseits wird es auch durch die erhöhte Anwesenheit energiereicher Teilchen beeinflusst, was das Verständnis der dreidimensionalen Struktur der Heliosphäre erschwert.

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