Titan's highly variable plasma environment : A 3D hybrid simulation study

Titan, der größte Mond des Planeten Saturn, besitzt eine ausgedehnte Atmosphäre, die hauptsächlich aus molekularem Stickstoff besteht. Im Gegensatz zu Erde und Saturn besitzt Titan kein signifikantes intrinsisches Magnetfeld. Der Orbit von Titan befindet sich in den äußeren Regionen von Saturns Magnetosphäre. Da Titans Umlaufdauer um Saturn erheblich größer als die Rotationsperiode des Gasriesen ist, wird Titan ständig vom korotierenden magnetosphärischen Plasma angeströmt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wechselwirkung zwischen Titans Ionosphäre und dem anströmenden Plasma mittels dreidimensionaler numerischer Simulationen analysiert. Da die Gyrationsradien der beteiligten Ionensorten mit dem Durchmesser von Titan vergleichbar sind, können magnetohydrodynamische Modelle nur eine grobe Beschreibung von Titans Plasmaumgebung liefern. Daher wurde Titans Plasmawechselwirkung mittels eines dreidimensionalen Hybrid-Simulationscodes untersucht. Der Hybrid-Ansatz beschreibt die Elektronen des Plasmas als masselose Flüssigkeit; die Ionen werden dagegen durch Makropartikel repräsentiert. Bis zu fünf verschiedene Ionenspezies wurden in die Berechnungen einbezogen. Im ersten Teil der Arbeit werden die Strukturen in Titans Plasmaumgebung in Abhängigkeit von der Position des Mondes in der Magnetosphäre diskutiert. Die asymmetrische Struktur von Titans Plasmaschweif wird detailliert beschrieben. Der zweite Teil der Arbeit stellt den Simulationsergebnissen Magnetfeld- und Plasmadaten gegenüber, die während der Cassini-Mission gesammelt wurden.