Stromsysteme der tagseitigen Erdmagnetosphäre – eine statistische Untersuchung anhand von Cluster-Satellitendaten

Bei der Interaktion zwischen Sonnenwind und Erdmagnetfeld sind die Bugstoßwelle und die Magnetopause von besonderer Bedeutung. An der Bugstoßwelle geht die supersonische Strömung des Sonnenwindplasmas in eine subsonische und abgelenkte Strömung innerhalb der Magnetosheath über. Das Sheathplasma umströmt die Erdmagnetosphäre an ihrer äußeren Begrenzung, der Magnetopause. Beide Grenzschichten stellen Diskontinuitäten im Plasma dar und beherbergen elektrische Ströme.

Inhalt dieser Arbeit ist die statistische Untersuchung dieser Ströme. Hierzu werden Messdaten der Multisatellitenmission Cluster an knapp 650 Durchgängen durch die Bugstoßwelle und die Magnetopause ausgewertet. Basierend auf der Curlometer-Methode ermöglichen die dreidimensionalen Magnetfeldmessungen eine direkte Abschätzung der lokalen Stromdichten.

Anhand von Modellrechnungen und Vergleichen mit Einzelereignissen anderer Studien wird zunächst untersucht, welche Aussagekraft die Curlometer-Ergebnisse erwarten lassen. Die Magnituden der bestimmten Ströme unterliegen relativ großen Schwankungen und Unsicherheiten und stellen in Bezug auf einzelne Ereignisse vergleichsweise grobe Abschätzungen dar. In der Statistik und unter Berücksichtigung der zugrundeliegenden Methodik decken sich diese Ergebnisse dennoch mit den Beobachtungen anderer Studien. Die Richtungen der berechneten Stromvektoren besitzen hingegen eine gute Genauigkeit von ca. 10°. Der Fokus dieser Arbeit liegt vor allem auf der Untersuchung der Orientierung der beobachteten Bugstoß- und Magnetopausenströme.

An der quasi-senkrechten Bugstoßwelle spiegeln die bestimmten Stromvektoren die Form einer zugrunde gelegten Modellgrenzschicht sehr gut wider. Ihre Orientierung gegenüber der Bugstoßwelle und dem interplanetaren Magnetfeld entspricht zu großen Teilen den theoretischen Erwartungen. An der quasiparallelen Stoßwelle liegt aufgrund veränderter Plasmabedigungen eine andere Ausgangssituation vor. Die Stromrichtungen besitzen fluktuieren stark und können hier nur noch unzureichend durch die einfache Modellgrenzschicht beschrieben werden. 

An der Magnetopause werden die Ströme verschiedener Bereiche getrennt untersucht. Im Bereich der Cusp-Regionen liegt eine turbulente und fluktuierende Plasmaumgebung vor. Diese Ausgangssituation spiegelt sich in den Untersuchungsergebnissen der Ströme deutlich wider. Abseits der Cusps ergibt sich das Bild des Chapman-Ferraro-Stroms mit einem in sich geschlossenen tagseitigen Stromsystem.