Es gibt weltweit ein wachsendes Interesse an Weltraumphysik und Weltraumwetter. Um Weltraumwetter in Zukunft besser vorhersagen zu können, ist es entscheidend, die Prozesse in der oberen Atmosphäre und im erdnahen Weltraum besser zu verstehen. Dazu gehören unter anderem Wechselwirkungen zwischen geladenen und neutralen Teilchen, Veränderungen elektrischer und magnetischer Felder sowie verschiedene Plasmapopulationen.
Weltraumprozesse können direkte Auswirkungen auf moderne Technologien haben. Weltraumstrahlung kann Satelliten beschädigen. Dichteänderungen in der Ionosphäre und Plasmasphäre können satellitengestützte Navigationssysteme wie GPS oder Galileo stören. Geomagnetisch induzierte Ströme in Leitungen können zudem Spannungsspitzen erzeugen und dadurch Stromnetze und Infrastruktur gefährden. Mit der zunehmenden Abhängigkeit von weltraumgestützter Technik ist das Interesse an verlässlichen Weltraumwettervorhersagen in den letzten Jahren stark gestiegen.
Im Mittelpunkt dieses Projekts steht das sogenannte MIPT System. Es umfasst die Magnetosphäre, Ionosphäre, Plasmasphäre und Thermosphäre. Dieses System wird maßgeblich durch den Sonnenwind und die elektromagnetische Strahlung der Sonne angetrieben und ist stark miteinander verknüpft. Veränderungen in einem Bereich können sich schnell auf andere Bereiche auswirken. So beeinflusst die Magnetosphäre die Ionosphäre, diese wiederum steht in engem Austausch mit der Thermosphäre. Die Plasmasphäre, die als Erweiterung der Ionosphäre gilt, wirkt auf den Ringstrom und die Strahlungsgürtel. Außerdem kann der Eintrag energiereicher Teilchen aus der Magnetosphäre die chemische Zusammensetzung der oberen Atmosphäre verändern
Bisher wurden diese Teilsysteme oft getrennt untersucht. Die Komplexität des Gesamtsystems erfordert jedoch einen interdisziplinären Ansatz. Das Ziel dieser interdisziplinären Forschungsgruppe ist es, die grundlegenden Prozesse des MIPT Systems und deren Wechselwirkung besser zu verstehen und zu quantifizieren. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Einfluss des Sonnenwinds und darauf, wie sich Prozesse im erdnahen Weltraum bis in unteren Atmosphärenschichten auswirken können. Die übergeordnete Forschungsfrage lautet: Wie treiben die Störungen im Sonnenwind das gekoppelte MIPT-System an, und wie beeinflussen sich die Subsysteme des MIPT auf verschiedenen Zeit‑ und Raumskalen gegenseitig?
Die zunehmende Datenmenge aus Satelliten und Weltraumphysikmodellen erfordert zudem neue Ansätze und Werkzeuge. Daher kombiniert dieses Vorhaben Beobachtungen, Modellierung und Datenassimilation sowie maschinelle Lernverfahren. Geplant sind gemeinsame Datenplattformen für Sonnenwindbeobachtungen und Indizes, koordinierte Messkampagnen bei ausgewählten Sturmereignissen sowie Vergleichsanalysen und Modellrechnungen. Ziel ist es, das gekoppelte System als Ganzes sichtbar zu machen, Kopplungsmechanismen systematisch zu identifizieren und daraus Werkzeuge zu entwickeln, mit denen sich Weltraumwetter besser vorhersagen und kritische Infrastrukturen besser schützen lassen.
Laufzeit: 04/2024 – 03/2028
Zuwendungsgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) FOR5405
Sprecher der Forschungsgruppe: Prof. Dr. Yuri Shprits (GFZ)
Projektverantwortliche der Forschungsgruppe:
Prof. Dr. Yuri Shprits (GFZ)
Dr. Claudia Borries (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR)
Dr. Tatjana Gerzen (Technische Universität München, TUM)
PD Dr. Elena Kronberg (Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU)
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kusche (Universität Bonn)
Prof. Dr. Michael Schmidt (TUM)
Kollaboration: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Technische Universität München (TUM), Universität Bonn