Die Strahlungsgürtel der Erde bestehen aus hochenergetischen Elektronen, die für Satelliten im Erdorbit und für Astronauten im Weltraum gefährlich sein können. Die Ströme dieser energiereichen Elektronen im äußeren Strahlungsgürtel sind sehr dynamisch. Um Satelliten und Menschen im All besser schützen zu können, ist es daher wichtig, die physikalischen Prozesse zu verstehen, die diese Veränderungen steuern. Eine zentrale Rolle spielen dabei Wechselwirkungen zwischen sogenannten Chorus-Wellen und den Elektronen in den Strahlungsgürteln, da diese sowohl zur Beschleunigung als auch zum Verlust der Teilchen führen können.
In diesem Projekt nutzen wir modernste Messdaten von mehreren Satelliten, um umfassende Modelle von Chorus-Wellen zu entwickeln. Anschließend berechnen wir Diffusionskoeffizienten, mit denen sich die wichtigsten Wechselwirkungsprozesse zwischen Wellen und Teilchen sowie deren Auswirkungen quantitativ beschreiben lassen. Mit unserem fortschrittlichen Modell der Strahlungsgürtel-Dynamik untersuchen wir, wie energiereiche Elektronen durch Chorus-Wellen in den Strahlungsgürteln der Erde beschleunigt werden oder verloren gehen. Die Simulationsergebnisse werden an Satellitenmessungen validiert, um das Zusammenspiel von Beschleunigung und Verlust durch Chorus-Wellen zu verstehen.
All diese Verbesserungen sind entscheidend, um die übergeordnete wissenschaftliche Frage zu beantworten: Warum reagieren die Strahlungsgürtel der Erde unterschiedlich auf geomagnetische Stürme mit annähernd gleicher Intensität und was bestimmt das Ergebnis des Wettbewerbs zwischen den durch Chorus-Wellen verursachten Beschleunigungs- und Verlustprozessen? Die Weiterentwicklung unseres Modells der Strahlungsgürtel-Dynamik wird genauere Vorhersagen über das Verhalten der Strahlungsgürtel der Erde ermöglichen.
Laufzeit: 4/2024 – 3/2027
Zuwendungsgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektverantwortlicher: Dr. Dedong Wang