Turbulenz und Teilchentransport in der Heliosphäre: Simulationen von inkompressiblen MHD-Plasmen und Testteilchen
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 1
2. PHAENOMENOLOGIE 3
2.1. BEOBACHTUNGSSITUATION IN DER HELIOSPHAERE 4
2.2. DER SONNENWIND 6
2.3. HELIOSPHAERISCHE TURBULENZ 13
2.4. FLARES UND CORONAL MASS EJECTIONS 17
2.4.1. SOLAR FLARES 17
2.4.2. CORONAL MASS EJECTIONS 18
2.4.3. MAGNETISCHE REKONNEXION 21
2.5. SOLAR ENERGETIC PARTICLE - EVENTS 23
2.5.1. ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN VON SEP-EREIGNISSEN 23
2.5.2. BESCHLEUNIGUNG UND TRANSPORT VON TEILCHEN IN SEP-EREIGNISSEN . 26
3. THEORIE 35
3.1. STATISTISCHE PHYSIK UND MAGNETOHYDRODYNAMIK 36
3.1.1. GRUNDLAGEN DER STATISTIK EINES PLASMAS 38
3.1.2. MOMENTENBILDUNG DER VLASOV-GLEICHUNG 39
3.1.3. IDEALE MAGNETOHYDRODYNAMIK 41
3.1.4. RESISTIVITAETEN UND INKOMPRESSIBILITAET 44
3.1.5. PHYSIKALISCHES REGIME DER INKOMPRESSIBLEN MHD 47
3.2. TURBULENZ 53
3.2.1. KOLMOGOROV TURBULENZ 56
3.2.2. MHD - TURBULENZ 65
3.3. TEILCHENTRANSPORT 77
3.3.1. STATISTISCHE BESCHREIBUNG DES TEILCHENTRANSPORTS 78
3.3.2. QUASILINEARE THEORIE 80
V
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IMAGE 2
3.3.3. ALTERNATIVEN ZUR QLT 85
3.3.4. SELBSTGENERIERTE WELLEN UND PLASMAINSTABILITAETEN 88
4. METHODIK 9 1
4.1. NUMERIK DER PLASMASIMULATIONEN 91
4.1.1. PSEUDOSPEKTRALE METHODIK 92
4.1.2. DISKRETE FOURIERTRANSFORMATION 95
4.1.3. SCHNELLE FOURIERTRANSFORMATION 97
4.1.4. ZEITENTWICKLUNG DER MHD 99
4.2. NUMERIK DER TESTTEILCHENSIMULATIONEN 100
4.2.1. BORIS-PUSH 101
4.3. GISMO 103
4.3.1. GISMO-MHD 103
4.3.2. GISMO-PARTICLES 110
4.3.3. PARALLELISIERUNG 115
4.3.4. NORMIERUNGEN 117
4.4. KRITISCHE BETRACHTUNG UND GRENZEN DES MODELLS 120
4.4.1. MODELL DER PLASMATURBULENZ 121
4.4.2. MODELL DES TEILCHENTRANSPORTS 122
5. ERGEBNISSE 125
5.1. VALIDIERUNG VON GISMO 1 2 5
5.1.1. TESTFAELLE DER MHD 126
5.1.2. TESTFAELLE DER TEILCHENSIMULATIONEN 135
5.2. ERGEBNISSE VON G I S M O - M H D 1 4 4
5.2.1. SIMULATION HELIOSPHAERISCHER TURBULENZ 145
5.2.2. SIMULATION ANGEREGTER WELLENMODEN IN HELIOSPHAERISCHER TURBULENZ
156
5.2.3. ERGEBNISSE DER ANGEREGTEN WELLENMODEN IM PARAMETERSATZ SI . . 159
5.2.4. ERGEBNISSE DER ANGEREGTEN WELLENMODEN IM PARAMETERSATZ SIL . .
164
5.2.5. ERGEBNISSE DER ANGEREGTEN WELLENMODEN IM PARAMETERSATZ SIII. .
168
5.2.6. ERGEBNISSE DER ANGEREGTEN WELLENMODEN IM PARAMETERSATZ SIV . .
170
5.2.7. ERGEBNISSE DER ANGEREGTEN WELLENMODEN IM PARAMETERSATZ SV . . 173
5.2.8. DISKUSSION DER ERGEBNISSE VON SI-SV 174
VI
IMAGE 3
5.3. ERGEBNISSE VON GISMO-PARTICLES 1 8 2
5.3.1. TESTTEILCHENSIMULATION IN HELIOSPHAERISCHER TURBULENZ 182
5.3.2. TEILCHENSTREUUNG AN ANGEREGTEN WELLENMODEN 186
5.3.3. VERGLEICH DER TESTTEILCHENSIMULATION MIT DEM SQLT ANSATZ . . . .
194
5.3.4. DISKUSSION 203
6. ZUSAMMENFASSUNG 207
ANHANG 2 1 1
A. ELSAESSERVARIABLENDARSTELLUNG DER MHD-GLEICHUNGEN 213
B. APPROXIMATIONSVERFAHREN DES LARMOR-RADIUS 216
C. INTERAKTION MIT DER P3DFFT 217
D. EXTRAKTION DES MPI-KOMMUNIKATORS AUS DER P3DFFT 219
E. SKALIERUNGSTESTS VON GISMO 220
F. HERLEITUNG DER PITCHWINKEL DIFFUSIONSKOEFFIZIENTEN IM RAHMEN DER
MAGNE
TOSTATISCHEN NAEHERUNG 221
G. DISKRETISIERUNG DER PITCHWINKEL DIFFUSIONSKOEFFIZIENTEN 224
LITERATURVERZEICHNIS 227
PUBLIKATIONSLISTE 245
DANKSAGUNG 246
EIGENSTAENDIGKEITSERKLAERUNG 249
VII |
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