Magnetic Reconnection and Heavy Ions

Majoriteten av materien i det observerbare universet eksisterer i form av en plasma. Plasmaet er karakteriseres av en samling ladede partikler som oppfyller visse elektrodynamiske egenskaper hvor den typiske potensielle energien til en partikkel på grunn av Coulomb-attraksjonen til dens nærmeste nab...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Kolstø, Håkon Midthun
Other Authors: orcid:0000-0002-9298-9826
Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
Language:English
Published: The University of Bergen 2022
Subjects:
Online Access:https://hdl.handle.net/11250/3017942
Description
Summary:Majoriteten av materien i det observerbare universet eksisterer i form av en plasma. Plasmaet er karakteriseres av en samling ladede partikler som oppfyller visse elektrodynamiske egenskaper hvor den typiske potensielle energien til en partikkel på grunn av Coulomb-attraksjonen til dens nærmeste nabo er mindre enn dens tilfeldige kinetiske energi. Et typisk plasma er dermed praktisk talt fritt for direkte påvirkning av andre ladede partikler som igjen muliggjør den synergetiske og komplekse interaksjonen mellom plasmaet og de elektriske og magnetiske feltene. Nesten alle plasmaprosesser er avhengig av enten konvertering fra lagret elektromagnetisk energi i feltene til mekanisk energi av plasmapartiklene eller omvendt. En av de viktigste energiomdannelsesprosessene som skjer i en plasma er magnetisk omkobling. Når det gjelder jordens magnetosfære, er magnetisk omkobling den primære mekanismen som muliggjør transport av energi, masse, momentum og magnetisk fluks inn til jordens magnetiske miljø. Videre er magnetisk omkobling ansvarlig for magnetiske stormer og høy geomagnetisk aktivitet og kan til slutt føre til optisk nord- og sørlys. Styrken til denne eksplosive energifrigjøringen avhenger av en rekke forhold. En mekanisme som kan redusere effektiviteten er tilstedeværelsen av tunge ioner. Vi vet fra observasjoner at tunge ioner, som ionisert oksygen, transporteres fra ionosfæren vår, ut langs magnetfeltet, til magnetopausen og magnetohalen hvor de kan fanges opp av omkoblingssprosessen. Mens de vanligste plasmakomponentene i disse regionene er protoner og elektroner, kan tyngre ionearter, som oksygen, noen ganger dominere under stormtidsforhold. Å forstå hvordan tunge ioner endrer dynamikken og effektiviteten til omkoblingssprosessen er derfor avgjørende for å få et fullstendig bilde av hvordan magnetisk omkobling fungerer. Dette er hovedmålet i denne avhandlingen. I jakten på dette benyttes to fremgangsmåter: 1) Numeriske 2.5D partikkel-i-celle (PIC) simuleringer, og 2) Romfartøyobservasjoner gjort av NASAs ...