Zeitschrift für Küstenzonenmanagement

Abstrakt

Untersuchung von Multiionenplasmen in verschiedenen Weltraumregionen und Wellenphänomenen um die Erde

Purnima Varma

Raketen- und Satellitenbeobachtungen haben spannende Aspekte der Weltraumphysik offenbart. Die Forschung zu Weltraumplasmen hat in Indien eine lange Geschichte, seit Sahas Arbeit über interstellares Plasma Ende der 1920er Jahre. Anfang des 21. Jahrhunderts entstanden in nationalen Laboratorien Gruppen, die sich mit theoretischer und experimenteller Forschung beschäftigten. Die Untersuchung der Magnetosphäre der Erde in den letzten Jahrzehnten hat zu einem relativ guten experimentellen Verständnis sowohl ihrer grundlegenden strukturellen Eigenschaften als auch ihrer Reaktion auf Veränderungen des auftreffenden Sonnenwindes geführt. Jüngste Satellitenbeobachtungen von Akebono haben verdeutlicht, dass Plasmaausflüsse (Multiionen) eine wichtige Rolle bei abrupten Veränderungen der Ionenzusammensetzung in der Plasmaschicht und im Ringstrom während geomagnetischer Stürme spielen. Eines der Hauptprobleme der Polarlichtplasmaphysik betrifft die Beschleunigung der Elektronen auf kinetische Energien, die viel höher sind als ihre ursprüngliche thermische Energie. Die Theorie und die Beobachtungen sowohl der nach unten gerichteten (Marklund et al., 2001) als auch der nach oben gerichteten (McFadden et al., 1999) Strömungsbereiche haben gezeigt, dass die Elektronen durch parallele elektrische Felder beschleunigt werden. Die austretenden Elektronen verursachen das Polarlicht und tragen die feldausgerichteten Ströme in den nach oben gerichteten Strömungsbereichen. Niederfrequente Wellen (Alfven-Wellen, kinetische Alfven-Wellen, elektromagnetische Ionen-Zyklotronwellen, elektrostatische Ionen-Zyklotronwellen) sowie neuerdings auch Mehrionenplasmastudien werden ebenfalls untersucht. Die Untersuchung basiert auf einem Partikelaspektansatz sowie einem kinetischen Ansatz, den wir seit 30 Jahren verfolgen (z. B. Varma et al., 2007 und darin enthaltene Referenzen; Ruchi Mishra und MSTiwari, 2007 und darin enthaltene Referenzen; Ahirwar et al., 2006, 2007 und darin enthaltene Referenzen; Shukla et al., 2007 und darin enthaltene Referenzen 2, Agarwal et al., 2011 und darin enthaltene Referenzen, Patel et al. 2012 und darin enthaltene Referenzen; Tamrakar et al., 2019 und darin enthaltene Referenzen in verschiedenen Weltraumregionen. Die Studie erklärt das breite Szenario des Weltraums um die Magnetosphäre der Erde. Der Nutzen der Arbeit wird durch zahlreiche Satellitenbeobachtungen belegt. Vor kurzem haben wir die Auswirkungen von He+- und O+-Ionen auf kinetische Alfvén-Wellen mit Anwendung auf die PSBL-Region untersucht und festgestellt, dass die Multiionen, die einen Spiegeleffekt erfahren, die KAW-Natur beeinflussen. unähnlich zu H+-Ionen. O+ und He+ erfahren eine lokale nicht-adiabatische Beschleunigung. Die massenabhängige relative Existenz von He+/H+ und O+/H+ beeinflusst auch die Landau-Dämpfung und die Welle-Teilchen-Wechselwirkung. Bei Plasmaeinschluss können einige Teilchen durch den Verlustkegel verloren gehen und andere können aus der Atmosphäre zurück in den Verlustkegel gestreut werden. Der Verlustkegel kann also nicht vollständig leer sein. Die Welle-Teilchen-Wechselwirkung führt zu einer Landau-Dämpfung. O+ kann mit KAW bei 10 % Häufigkeit in einem Plasma mit mehreren Ionen hochenergetisch werden und könnte die Magnetschweifdynamik beeinflussen. Die geringere Energetik von Ionen über die relative Dichte O+/H+ ≈ 0 hinaus.10 könnte das früher beobachtete Ergebnis erklären, dass Partikel mit niedrigerem O+/H+-Verhältnis in Richtung Erde oder Ionosphäre strömen und ein höheres Verhältnis einen Schwanzfluss anzeigt (Fu et al. 2011). Die Dichtevariation von Multiionen beeinflusst auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Alfven-Welle (VA). Diese Studie erklärt auch die Energiedissipation durch KAW, da sie auf die Übertragung des Poynting-Flusses von PSBL in Richtung Ionosphäre zurückzuführen sein kann. Der Gyroradius und die Gyroperiode von Multiionen beeinflussen auch die Energieversorgung, die lokale Erwärmung und die nicht-adiabatische Beschleunigung jedes Ions. (Tamrakar et al., Astrophys Space Sci (2018) 363:221 https://doi.org/10.1007/s10509-018-3443-6) Eine andere Studie zeigte den Effekt der Dichtevariation auf Multiionen mit kinetischen Alfvén-Wellen um die Spitzenregion durch einen kinetischen Ansatz und sagte voraus, dass nicht nur die Elektronendichte den Energietransfer von der Welle auf die Teilchen steuert, sondern dass jedes Ion den Energietransfer basierend auf seiner Gyration in Gegenwart eines Magnetfelds steuert. Die leichteren Ionen H+ und He+-Partikel gewinnen in geringeren Höhen Energie aus der Welle mit der Gyration von Wasserstoff- und Heliumionen, während Sauerstoffionen nahezu unbeeinflusst bleiben. Bei starker Gyration der Sauerstoffionen tragen Wasserstoff- und Heliumionen vernachlässigbar zur Dämpfung der Welle bei, aber O+-Ionen gewinnen in größeren Höhen Energie aus der Welle. Die Studie deutete auch darauf hin, dass Heliumionen die Wellendämpfung in größeren Höhen nicht wesentlich beeinflussen, was auf lokale Beschleunigungsmechanismen zurückzuführen sein kann (Fritz et al. 1999). Die Erkenntnisse dieser Arbeit könnten hilfreich sein, um die Energiezufuhr und Beschleunigung von Ionen, die Landau-Dämpfung und den polaren Ausfluss zu erklären und können auch mit dem interplanetaren Magnetfeld in Verbindung gebracht werden. (Tamrakar et al., Astrophys Space Sci (2018) 363:9 DOI 10.1007/s10509-017-3224-7)Die Studie deutete auch darauf hin, dass Heliumionen die Wellendämpfung in größeren Höhen nicht wesentlich beeinflussen, was auf lokale Beschleunigungsmechanismen zurückzuführen sein kann (Fritz et al. 1999). Die Erkenntnisse dieser Arbeit könnten hilfreich sein, um die Energiezufuhr und Beschleunigung von Ionen, die Landau-Dämpfung und den polaren Ausfluss zu erklären und können auch mit dem interplanetaren Magnetfeld in Verbindung gebracht werden. (Tamrakar et al., Astrophys Space Sci (2018) 363:9 DOI 10.1007/s10509-017-3224-7)Die Studie deutete auch darauf hin, dass Heliumionen die Wellendämpfung in größeren Höhen nicht wesentlich beeinflussen, was auf lokale Beschleunigungsmechanismen zurückzuführen sein kann (Fritz et al. 1999). Die Erkenntnisse dieser Arbeit könnten hilfreich sein, um die Energiezufuhr und Beschleunigung von Ionen, die Landau-Dämpfung und den polaren Ausfluss zu erklären und können auch mit dem interplanetaren Magnetfeld in Verbindung gebracht werden. (Tamrakar et al., Astrophys Space Sci (2018) 363:9 DOI 10.1007/s10509-017-3224-7)