Die Magnetosphäre fungiert als natürliches Plasmalabor und beherbergt die Strahlungsgürtel der Erde, die mit hochenergetischen Teilchen gefüllt sind. Die energiereichen Elektronen stellen eine Gefahr für Satelliten in der Erdumlaufbahn und Astronauten dar. Viele weltraumgestützte Systeme, auf die unsere Gesellschaft angewiesen ist, operieren im Bereich der Strahlungsgürtel. Die Teilchenflüsse dort sind hochdynamisch, doch die zugrunde liegenden Prozesse sind noch nicht vollständig verstanden. Das liegt an dem empfindlichen Gleichgewicht zwischen verschiedenen Beschleunigungs- und Verlustprozessen von Elektronen. Wellen-Teilchen-Wechselwirkungen spielen dabei vermutlich eine zentrale Rolle. Um ihren Einfluss auf die Dynamik der Elektronen im Strahlungsgürtel zuverlässig zu quantifizieren, sind umfassende und realistische Wellenmodelle erforderlich. Es existieren bereits Modelle auf Basis von Satellitendaten, doch ihre räumliche Abdeckung ist wegen der Bahnbegrenzungen einzelner Missionen unzureichend.
Im ERC-geförderten WIRE-Projekt nutzen wir Messungen mehrerer Satelliten, um verbesserte Wellenmodelle mit erweiterter räumlicher Abdeckung der Strahlungsgürtel zu entwickeln. Diese Modelle werden in moderne Simulationswerkzeuge für die Strahlungsgürtel integriert. Erstmals werden Diffusionskoeffizienten unter Verwendung eines realistischeren Modells des Hintergrund-Magnetfelds und der Plasmadichte berechnet. Dadurch lässt sich genauer bestimmen, wie verschiedene Plasmawellen zur Beschleunigung oder zum Verlust von Elektronen beitragen.
Die Simulationsergebnisse werden systematisch mit Satellitenbeobachtungen verglichen. So können wir besser verstehen, wie sich beschleunigende und verlustreiche Prozesse gegenseitig beeinflussen. Die Simulationen werden systematisch mit Satellitenbeobachtungen verglichen, um das Zusammenspiel von beschleunigenden und verlustreichen Prozessen besser zu bewerten. Durch die Weiterentwicklung von Wellenmodellen und Strahlungsgürtelsimulationen möchte WIRE erklären, warum die irdischen Strahlungsgürtel auf geomagnetische Stürme ähnlicher Stärke teils sehr unterschiedlich reagieren. Gleichzeitig leisten die Ergebnisse einen wichtigen Beitrag zum Verständnis grundlegender Plasma-Prozesse im Weltraum.
Laufzeit: 06/2024 – 05/2029
Zuwendungsgeber: Europäische Union (EU), Europäischer Forschungsrat (ERC)
Projektverantworlicher: Dr. Dedong Wang
Kollaboration: Nagoya Universität: Prof. Dr. Yoshizumi Miyoshi; Kyoto Universität: Prof. Dr. Yoshiharu Omura; Tschechische Akademie der Wissenschaften: Prof. Dr. Ondrej Santolik