Planetare Radioemissionen
Viele Menschen haben von Polarlichtern gehört, aber es ist weniger bekannt, dass über ihnen in hohen Breiten Radiostrahlung erzeugt wird. Solche Radioemissionen aus der Aurora haben eine typische Frequenz von einigen hundert kHz und treten nicht nur auf der Erde, sondern auch auf den Gas- und Eisriesenplaneten in unserem Sonnensystem auf. In einem aktuellen Projekt konzentrieren wir uns auf die Untersuchung und Klassifizierung feiner spektraler Strukturen von Radiostrahlung der Aurora auf Erde, Jupiter und Saturn unter Verwendung von Daten der Missionen Cluster, Juno bzw. Cassini.
Es gibt mehrere andere Radio- und Plasmawellen innerhalb und außerhalb der Magnetosphäre eines Planeten, wie Langmuir-Wellen, obere und untere Hybridwellen, Pfeifwellen, die sich entlang Magnetfeldlinien ausbreiten, oder Kontinuums- und Schmalbandemissionen, die typischerweise bei Plasmadichtegradienten erzeugt werden. Das Bild zeigt ein typisches Radiowellenspektrum von Saturn wie es von Cassini aufgenommen wurde. Es beinhaltet die Saturn Kilometerstrahlung aus der Aurora, Schmalbandstrahlung bei 5 und 20 kHz, und Radiostrahlung verursacht durch Saturnblitze und Einschläge von Staubteilchen aus den Ringen. Radiostrahlung ist also auch ein wichtiges Werkzeug, um natürliche Entladungsprozesse (Blitze) in der stürmischen Atmosphäre eines Planeten zu untersuchen.
Radioemissionen können uns aus der Ferne wichtige Eigenschaften des Plasmas und des Magnetfelds an ihrer Quelle und entlang ihres Ausbreitungsweges zu den Empfangsantennen mitteilen. Für eine korrekte Bestimmung der Wellenpolarisation und der Richtung der ankommenden Radiowelle ist es notwendig, Antennensysteme von Raumfahrzeugen zu kalibrieren. Dies wurde am IWF für viele Missionen durchgeführt (z.B. Cassini, Juno, STEREO, Solar Orbiter), und zuletzt für die Antennen des RPWI-Instruments an Bord von JUICE.
Auf der Erde verursachen Erdbeben elektrische Ladungen, die seismisch-elektromagnetische Wellen erzeugen, die von Satelliten wie Chinas CSES-1- und CSES-2-Missionen und bodengestützten Antennen wie dem INFREP-Netzwerk erfasst werden können.
In diesem Forschungsbereich charakterisieren und untersuchen wir Prozesse, die elektrische Felder und Ströme in den elektrisch leitenden Schichten der Ionosphäre erzeugen. Diese Felder und Ströme interagieren in höheren Lagen mit der Magnetosphäre und in niedrigeren Lagen mit der Atmosphäre. Dieser Atmosphärenbereich kann aufgrund der Beziehung zum erdnahen Weltraum über die Magnetosphäre und die Lithosphäre der Erde als Schlüsselregion angesehen werden.
Wir verwenden zwei Ansätze, welche die Fernerkundung von Plasma in den ionosphärischen Schichten ermöglichen. Der eine basiert auf der Modellierung von Strömungen im Ionosphären-Dynamo, der andere auf der Anwendung von Funkwellenausbreitungen. Die Kombination beider Methoden ermöglicht es uns, unsere Modelle zu optimieren und beobachtete Werte mit den berechneten elektrischen Feldern und magnetischen Variationen zu vergleichen. Die Atmosphäre, Ionosphäre und Magnetosphäre stehen miteinander in Verbindung, wobei die Einflüsse der Sonnenaktivität auf magnetische, Plasma- und neutrale Komponenten der Erdumgebung untersucht werden. Die Modellierung der physikalischen Parameter der Ionosphäre wird dabei mit den beobachteten magnetischen Bodenstörungen auf Übereinstimmungen verglichen.
Kürzlich haben wir die Ausbreitung seismogener elektrischer Ströme durch die Erdatmosphäre analysiert, wobei solche Ströme mit der Erdbebenzone in der Lithosphäre verbunden sind. Auch subionosphärische VLF/LF-Sendersignale werden verwendet, um die Dynamik der D- und E-Schichten in der Ionosphäre unter dem Einfluss der solaren und geomagnetischen Aktivitäten hervorzuheben. Die Ausbreitung elektromagnetischer VLF/LF-Wellen lässt uns auf das Funkspektrum zwischen dem Boden und der unteren Ionosphäre schließen.
Für weitere Informationen kontaktieren Sie:
Dr. Georg Fischer
Dr. Mohammed Boudjada (CSES-1 & CSES-2)