SmileEarth

Ausgangssituation / Motivation

In diesem Projekt werden die nötigen numerischen Instrumente für die Simulationen und die Bearbeitung der Beobachtungsdaten von der gemeinsamen ESA-CAS Mission SMILE entwickelt. SMILE steht für "Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer". Der Start des Satelliten wird im Jahr 2023 stattfinden. Wir werden in diesem Projekt die Röntgenstrahlung in der Magnetosphäre simulieren. Die Universität Wien ist in dieser Mission stark involviert, weshalb die Vorarbeit absolut nötig ist.

Inhalte und Zielsetzungen

Der SMILE-Satellit wird uns wichtige Informationen über die Wechselwirkung zwischen der Erdmagnetosphäre und dem Sonnenwind geben, die auch auf die Bedingungen der frühen Erde extrapoliert werden können. SMILE wird sowohl Beobachtungen der Magnetosphäre und der Cusps in der weichen Röntgenstrahlung als auch gleichzeitige UV-Aufnahmen der Nordaurora zur Verfügung stellen.

Der Satellit wird auch in-situ Instrumente für gleichzeitige Messungen der Eigenschaften der Sonnenwind- und Magnetosphärenplasmen tragen.

Methodische Vorgehensweise

Die Röntgenstrahlung der Erde wird hauptsächlich durch Ladungsaustausch zwischen hoch geladenen Ionen des Sonnenwinds und neutralen Teilchen der Atmosphäre generiert. Dieser Mechanismus ist ein idealer Indikator sowohl für die Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und der Magnetosphäre, als auch für die Eigenschaften des Sonnenwindplasmas.

Unsere Kenntnisse über die Rolle der Magnetosphäre für die Verluste und die Evolution der Atmosphäre sind beschränkt, weil keine kompletten Beobachtungen der Magnetosphäre als Ganzes existieren, was sich nach dem Start von SMILE ändern wird. Die Röntgenbeobachtungen der Erdmagnetosphäre und der Cusps werden uns helfen zu verstehen, wie die Sonne die Plasmaeingenschaften der Erdmagnetosphäre kontrolliert und Geostürme treibt.

In diesem Projekt benutzen wir bereits existierende ausführliche numerische Methoden, wie z.B. das kostenlos erhältliche Modell BATS-R-US, um die Eigenschaften der Geostürme auf der Erde so zu simulieren, wie sie vom SMILE-Satelliten beobachtet werden. Dieser Code kann die Reaktion der Magnetosphäre auf solare koronale Massenaufwürfe vorhersagen und die elektrischen Ströme und Plasmaeigenschaften der Magnetosphäre rechnen.

Wir werden auch den Kompot-Code, der an der Uni Wien entwickelt wurde, benutzen, um die Verluste der Atmosphäre während eines Sturmes zu abschätzen. Wir benutzen auch einen Direct Simulation Monte Carlo Code, der ebenfalls teilweise an der Universität Wien entwickelt wurde, um die beobachtbaren Spektren weicher Röntgenstrahlung zu simulieren.

Erwartete Ergebnisse

Diese Vorarbeit wird uns die Möglichkeit geben, die Beobachtungsdaten unmittelbar nach dem Satellitenstart in 2023 zu modellieren und zu interpretieren. Unsere Ergebnisse werden ausserdem für die Erforschung der Erdevolution behilflich sein, weil die modernen Extrembedingungen stellvertretend für die Bedingungen der ruhigen jungen Sonne stehen können. Die Sonne war in der Vergangenheit viel aktiver.

Projektleitung

Universität Wien

Universität Wien
Universitätsring 1
A-1010 Wien
Web: www.univie.ac.at