@phdthesis{Wisniewski2011,
  author    = {Wisniewski, Martina},
  title     = {Numerische Untersuchung von Turbulenz und Teilchentransport in der Heliosphaere},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-64652},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Hochenergetische solare Teilchen werden bei ihrem Transport durch die Heliosph{\"a}re an turbulenten Magnetfeldern gestreut. F{\"u}r das Verst{\"a}ndnis dieses Streuprozesses ergeben sich aus heutiger Sicht zwei wesentliche Hindernisse: - Bei der Streuung hochenergetischer Teilchen an turbulenten Magnetfeldern handelt es sich um einen nichtlinearen Prozess, der durch analytische Theorien kaum zu beschreiben ist. - Der Streuprozess h{\"a}ngt stark von den tats{\"a}chlichen Magnetfeldern und somit auch von der Magnetfeldturbulenz ab. Unser bisheriges Verst{\"a}ndnis der heliosph{\"a}rischen Turbulenz ist leider aufgrund sp{\"a}rlicher experimenteller Daten deutlich eingeschr{\"a}nkt, was eine qualifizierte Umsetzung in analytischen und numerischen Ans{\"a}tzen deutlich erschwert. Dies machte in der Vergangenheit k{\"u}nstliche Annahmen f{\"u}r die Modellerstellung notwendig. In dieser Arbeit wird der Teilchentransport mit Hilfe der Simulation von Testteilchen in einem turbulenten, magnetohydrodynamischen Plasma untersucht. Durch die Testteilchen werden auch die nichtlinearen Streuprozesse korrekt wiedergegeben, wodurch das erste hier genannte Hindernis {\"u}berwunden wird. Dies wurde auch bereits in fr{\"u}heren numerischen Untersuchungen erfolgreich angewendet. Die Modellierung der Turbulenz f{\"u}r den Fall des Teilchentransports erfolgt in dieser Arbeit erstmalig auf Grundlage der magnetohydrodynamischen Gleichungen. Dabei handelt es sich um die mathematisch korrekte Wiedergabe der Magnetfeldturbulenz unterhalb der Ionen-Gyrofrequenz mit nur geringen numerischen Einschr{\"a}nkungen. Dar{\"u}ber hinaus erlaubt ein auf das physikalische Szenario anpassbarer Turbulenztreiber eine noch realistischere Simulation der Turbulenz. Durch diesen universell g{\"u}ltigen, numerischen Ansatz k{\"o}nnen f{\"u}r das zweite hier angegebene Hindernis jegliche k{\"u}nstlichen Annahmen vermieden werden. Die drei im Rahmen dieser Arbeit erstmals zusammengef{\"u}hrten Methoden (Testteilchen, magnetohydrodynamische Turbulenz, Turbulenztreiber) erm{\"o}glichen somit eine Untersuchung und Analyse von Transport- und Turbulenzph{\"a}nomenen mit herausragender Qualit{\"a}t, die insbesondere f{\"u}r den Fall des Teilchentransports einen direkten Anschluss an experimentelle Ergebnisse erm{\"o}glichen. Wichtige Ergebnisse im Rahmen dieser Arbeit sind: - der Nachweis der Drei-Wellen-Wechselwirkung f{\"u}r schwache und einsetzende starke Turbulenz. - eine Analyse der Anisotropie der Turbulenz im Bezug auf das Hintergrundmagnetfeld in Abh{\"a}ngigkeit vom Treibmodell. Insbesondere die Anisotropie ist experimentell bislang kaum erfassbar. - eine Untersuchung der Auswirkung der Gyroresonanzen auf die Diffusionskoeffizienten hochenergetischer solarer Teilchen in allgemeiner Form. - die Simulation des Teilchentransports in der Heliosph{\"a}re auf Grundlage experimenteller Messdaten. Die genauere Analyse der Simulationsergebnisse erm{\"o}glicht insgesamt einen Zugang zum Verst{\"a}ndnis des Transports, der durch experimentelle Untersuchungen nicht erfassbar ist. Bei der Simulation wurden lediglich die Magnetfeldst{\"a}rke sowie die untersuchte Teilchenenergie vorgegeben. Aus der Analyse der Simulationsergebnisse ergibt sich dieselbe mittlere freie Wegl{\"a}nge, wie sie auch durch andere Verfahren direkt aus den Messergebnissen gewonnen werden konnte. Auch die vorwiegende Ausrichtung der hochenergetischen Teilchen parallel und antiparallel zum Hintergrundmagnetfeld in der Simulation entspricht experimentellen Untersuchungen. Es zeigt sich, dass diese allein aus den resonanten Streuprozessen der Teilchen mit den Magnetfeldern resultiert. Des Weiteren werden die Art der Diffusion, der Energieverlust der Teilchen w{\"a}hrend des Transportprozesses sowie die G{\"u}ltigkeit der quasilinearen Theorie untersucht.},
  subject      = {Sonnenwind},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ganse2012,
  author    = {Ganse, Urs},
  title     = {Kinetische Simulationen solarer Typ II Radiobursts},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73676},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Emission solarer Typ II Radiobursts ist ein seit Jahrzehnten beobachtetes Ph{\"a}nomen der heliosph{\"a}rischen Plasmaphysik. Diese Radiobursts, die im Zusammenhang mit der Propagation koronaler Schockfronten auftreten, zeigen ein charakteristisches, zweibandiges Emissionsspektrum. Mit expandierendem Schock driften sie zu niedrigeren Frequenzen. Analytische Theorien dieser Emission sagen nichtlineare Plasmawellenwechselwirkung als Ursache voraus, doch aufgrund des geringen Sonnenabstands der Emissionsregion ist die in-situ Datenlage durch Satellitenmessungen {\"a}usserst schlecht, so dass eine endg{\"u}ltige Verifikation der vorhergesagten Vorg{\"a}nge bisher nicht m{\"o}glich war. Mit Hilfe eines kinetischen Plasma-Simulationscodes nach dem Particle-in-Cell Prinzip wurde in dieser Dissertation die Plasmaumgebung in der Foreshock-Region einer koronalen Schockfront modelliert. Das Propagations- und Kopplungsverhalten elektrostatischer und elektromagnetischer Wellenmoden wurde untersucht. Die vollst{\"a}ndige r{\"a}umliche Information {\"u}ber die Wellenzusammensetzung in der Simulation erlaubt es, die Kinematik nichtlinearer Wellenkopplungen genauestens zu untersuchen. Es zeigte sich ein mit der analytischen Theorie der Drei-Wellen-Wechselwirkung konsistentes Bild der Erzeugung solarer Radiobursts: durch elektromagnetischen Zerfall elektrostatischer Moden kommt es zur Erzeugung fundamentaler, sowie durch Verschmelzung gegenpropagierender elektrostatischer Moden zur Anregung harmonischer Radioemission. Kopplungsst{\"a}rken und Winkelabh{\"a}ngigkeit dieser Prozesse wurden untersucht. Mit dem somit zur Verf{\"u}gung stehenden, numerischen Laborsystem wurde die Parameter-Abh{\"a}ngigkeit der Wellenkopplungen und entstehenden Radioemissionen bez{\"u}glich St{\"a}rke des Elektronenbeams und des solaren Abstandes untersucht.},
  subject      = {Heliosph{\"a}re},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Lange2012,
  author    = {Lange, Sebastian},
  title     = {Turbulenz und Teilchentransport in der Heliosph{\"a}re - Simulationen von inkompressiblen MHD-Plasmen und Testteilchen -},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-74012},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Herkunft hochenergetischer solarer Teilchen konnte in den vergangenen Jahren eindeutig auf Schockbeschleunigung an koronalen Masseausw{\"u}rfen zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Durch resonante Interaktionen zwischen Wellen und Teilchen werden zum einen geladene Teilchen unter Ver{\"a}nderung ihrer Energie gestreut, zum anderen wird die Dynamik der Plasmawellen in solchen Beschleunigungsregionen durch diese Prozesse von selbstgenerierten Wellenmoden maßgeblich beeinflusst. Mittels numerischer Modellierungen wurden im Rahmen dieser Arbeit die grundlegenden physikalischen Regimes der Turbulenz und des Teilchentransports beschrieben. Die Simulation der Plasmadynamik bedient sich der Methodik der Magnetohydrodynamik, wohingegen kinetische Einzelteilchen durch die elementaren Bewegungsgleichungen der Elektrodynamik berechnet werden. Es konnten die Turbulenztheorien von Goldreich und Sridhar unter heliosph{\"a}rischen Bedingungen bei drei solaren Radien best{\"a}tigt werden. Vor allem zeigten sich Hinweise f{\"u}r das Erreichen der kritischen Balance, einem Schl{\"u}sselparameter dieser Theorien. Weiterhin werden Ergebnisse der dynamischen Entwicklung angeregter Wellenmoden pr{\"a}sentiert, in denen die Bedeutsamkeit f{\"u}r die gesamte Turbulenz gezeigt werden konnte. Als zentraler Prozess bei hohen Energien hat sich das wave-steepening herausgestellt, das als effizienter Energietransportmechanismus in paralleler Richtung zum Hintergrundmagnetfeld identifiziert wurde und somit turbulente Strukturen bei hohen parallelen Wellenzahlen erkl{\"a}rt, deren Entstehung das Goldreich-Sridhar Modell nicht beschreiben kann. Dar{\"u}ber hinaus wurden grundlegende Erkenntnisse {\"u}ber die quasilineare Theorie des Teilchentransports erzielt. Im Speziellen konnte ein tieferes Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Interpretation der Diffusionskoeffizienten von Welle-Teilchen Wechselwirkungen erlangt werden. Simulationen zur Streuung an angeregten Wellenmoden zeigten erstmals komplexe resonante Strukturen die im Rahmen analytischer Modelle nicht mehr ad{\"a}quat beschrieben werden k{\"o}nnen.},
  subject      = {Heliosph{\"a}re},
  language  = {de}
}