Kinetische Plasmaprozesse und Welle-Teilchen-Wechselwirkung von Ionen im schnellen Sonnenwind

Theoretische Untersuchung und Auswertung von Helios Beobachtungen

Kinetic plasma processes and wave-particle interactions of ions in the fast solar wind

Theoretical investigations and data analysis of Helios observations

by Michael Heuer
Doctoral thesis
Date of Examination:2005-09-23
Date of issue:2006-04-07
Advisor:Prof. Dr. Eckart Marsch
Referee:Prof. Dr. Franz Kneer
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2889

 

 

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Abstract

English

Many important properties of the fast solar wind may only be explained by plasma waves that interact with solar-wind particles. The quasi-linear approximation to this interaction, which is often used for modeling the fast solar wind, starts from a statistical description of the plasma state. Based on the assumption of weak turbulence, the non-linear interactions of plasma waves are completely neglected. Turbulent and mean-field scales are required to be well separated. In this thesis, the applicabilty of the the quasi-linear framework to the fast solar wind is studied. Therefore, observed velocity distribution functions of protons, α-particles and electrons from distinct fast solar wind streams between 0.3 AU and 1 AU are investigated. The measurements were made on the Helios 2 probe during solar minimum in 1976.
Keywords: fast solar wind; wave-particle interaction; microinstabilities; quasi-linear diffusion; diffusion plateaus

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Wesentliche Eigenschaften des schnellen Sonnenwindes lassen sich nur durch eine Wechselwirkung der Teilchen des Windes mit Plasmawellen erklären. Die quasi-lineare Näherung dieser Wechselwirkung, welche oft in Modellen des schnellen Sonnenwindes verwendet wird, geht von der statistischen Beschreibung des Zustandes des Plasmas aus. Sie beinhaltet die Annahme einer Trennung der Skalen der Fluktuationen und der mittleren Zustandsgrößen. Die nicht-lineare Wechselwirkung der Plasmawellen wird basierend auf der Vorstellung einer schwachen Turbulenz vernachlässigt. In dieser Arbeit widme ich mich der Frage, inwieweit diese einfache Näherung sich auf den schnellen Sonnenwind anwenden läßt und ob die ihr zugrunde liegenden Annahmen in Bezug auf dessen Zustand gerechtfertigt sind. Zu diesem Zweck werden die auf der Raumsonde Helios 2 im solaren Minimum des Jahren 1976 gewonnenen Plasmamessungen untersucht. Die Auswertung erstreckt sich über den Bereich zwischen dem Perihel und dem Aphel von Helios 2 bei 0.3 AE bzw. 1 AE.
Schlagwörter: Schneller Sonnenwind; Welle-Teilchen-Wechselwirkung; Mikroinstabilitäten; quasi-lineare Diffusion; Diffusionsplateaus
 
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