@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}
}