@phdthesis{Kilian2015,
  author    = {Kilian, Patrick},
  title     = {Teilchenbeschleunigung an kollisionsfreien Schockfronten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-119023},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Das Magnetfeld der Sonne ist kein einfaches statisches Dipolfeld, sondern weist wesentlich kompliziertere Strukturen auf. Wenn Rekonnexion die Topologie eines Feldlinienb{\"u}ndels ver{\"a}ndert, wird viel Energie frei, die zuvor im Magnetfeld gespeichert war. Das abgetrennte B{\"u}ndel wird mit dem damit verbundenen Plasma mit großer Geschwindigkeit durch die Korona von der Sonne weg bewegen. Dieser Vorgang wird als koronaler Massenauswurf bezeichnet. Da diese Bewegung mit Geschwindigkeiten deutlich {\"u}ber der Alfv\'en-Geschwindigkeit, der kritischen Geschwindigkeit im Sonnenwind, erfolgen kann, bildet sich eine Schockfront, die durch den Sonnenwind propagiert. Satelliten, die die Bedingungen im Sonnenwind beobachten, detektieren beim Auftreten solcher Schockfronten einen erh{\"o}hten Fluss von hochenergetischen Teilchen. Mit Radioinstrumenten empf{\"a}ngt man zeitgleich elektromagnetische Ph{\"a}nomene, die als Radiobursts bezeichnet werden, und ebenfalls f{\"u}r die Anwesenheit energiereicher Teilchen sprechen. Daher, und aufgrund von theoretischen {\"U}berlegungen liegt es nahe, anzunehmen, daß Teilchen an der Schockfront beschleunigt werden k{\"o}nnen. Die Untersuchung der Teilchenbeschleunigung an kollisionsfreien Schockfronten ist aber noch aus einem zweiten Grund interessant. Die Erde wird kontinuierlich von hochenergetischen Teilchen, die aus historischen Gr{\"u}nden als kosmische Strahlung bezeichnet werden, erreicht. Die g{\"a}ngige Theorie f{\"u}r deren Herkunft besagt, daß zumindest der galaktische Anteil durch die Beschleunigung an Schockfronten, die durch Supernovae ausgel{\"o}st wurden, bis zu den beobachteten hohen Energien gelangt sind. Das Problem bei der Untersuchung der Herkunft der kosmischen Strahlung ist jedoch, daß die Schockfronten um Supernova{\"u}berreste aufgrund der großen Entfernung nicht direkt beobachtbar sind. Es liegt dementsprechend nahe, die Schockbeschleunigung an den wesentlich n{\"a}heren und besser zu beobachtenden Schocks im Sonnensystem zu studieren, um so Modelle und Simulationen entwickeln und testen zu k{\"o}nnen. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich daher mit Simulationen von Schockfronten mit Parametern, die etwa denen von CME getriebenen Schocks entsprechen. Um die Entwicklung der Energieverteilung der Teilchen zu studieren, ist ein kinetischer Ansatz n{\"o}tig. Dementsprechend wurden die Simulationen mit einem Particle-in-Cell Code durchgef{\"u}hrt. Die Herausforderung ist dabei die große Spanne zwischen den mikrophysikalischen Zeit- und L{\"a}ngenskalen, die aus Gr{\"u}nden der Genauigkeit und numerischen Stabilit{\"a}t aufgel{\"o}st werden m{\"u}ssen und den wesentlich gr{\"o}ßeren Skalen, die die Schockfront umfasst und auf der Teilchenbeschleunigung stattfindet. Um die Stabilit{\"a}t und physikalische Aussagekraft der Simulationen sicherzustellen, werden die numerischen Bausteine mittels Testf{\"a}llen, deren Verhalten bekannt ist, gr{\"u}ndlich auf ihre Tauglichkeit und korrekte Implementierung gepr{\"u}ft. Bei den resultierenden Simulationen wird das Zutreffen von analytischen Vorhersagen (etwa die Einhaltung der Sprungbedingungen) {\"u}berpr{\"u}ft. Auch die Vorhersagen einfacherer Plasmamodelle, etwa f{\"u}r das elektrostatischen Potential an der Schockfront, das man auch aus einer Zwei-Fluid-Beschreibung erhalten kann, folgen automatisch aus der selbstkonsistenten, kinetischen Beschreibung. Zus{\"a}tzlich erh{\"a}lt man Aussagen {\"u}ber das Spektrum und die Bahnen der beschleunigten Teilchen.},
  subject      = {Stoßfreies Plasma},
  language  = {de}
}