Darstellung planetarer Magnetfelder und ihre Rekonstruktion aus BepiColombo-Messungen am Merkur

Die Analyse planetarer Magnetfelder eröffnet einen Blick in das Herz eines Planeten. Aus diesem Grund stellt die Rekonstruktion des internen Merkur-Magnetfeldes eines der wesentlichen Ziele der BepiColombo-Mission dar. Als innerster Planet unseres Sonnensystems ist der Merkur dem Einfluss der Sonne und damit insbesondere dem Sonnenwind am stärksten ausgesetzt. Dabei führt die Wechselwirkung des schwachen planetaren Feldes mit dem Sonnenwind zur Ausbildung einer kleinen Magnetosphäre in der signifikante Ströme fließen. Das aus diesen Strömen resultierende externe Magnetfeld überlagert sich mit dem internen Feld. Im Fall des Merkur liefern die externen Anteile einen signifikanten Beitrag zum Gesamtfeld der Magnetosphäre. Für die Bestimmung des internen Feldes aus den in der Magnetosphäre gemessenen Magnetfelddaten müssen beide Anteile voneinander separiert werden. Dazu sind eine robuste Inversionsmethode und eine geeignete Modellierung der Feldanteile notwendig.

Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Erweiterung der Capon-Methode für die Inversion der zukünftigen Magnetfelddaten der BepiColombo-Mission sowie in der Modellierung des Magnetfeldes. Da in der Umgebung des Merkur kein vollständig stromfreies Gebiet auffindbar ist, liefert die üblicherweise zur Beschreibung des Feldes in der Magnetosphäre verwendete Gauß-Darstellung keine vollständige Parametrisierung mehr. In dieser Arbeit wird die Erweiterung der Gauß-Darstellung mit Hilfe der Mie-Darstellung zur Gauß-Mie-Darstellung für die Beschreibung der Magnetfeldanteile in der Umgebung des Merkur diskutiert und angewandt. Sowohl die Capon-Methode als auch die Modellierung des Feldes werden anhand simulierter Daten validiert und getestet. Es stellt sich heraus, dass das Zusammenspiel der Capon-Methode mit der Gauß-Mie-Darstellung eine präzise Analyse des internen Feldes bis zum Dotriakontapolfeld (fünfter Grad der Multipolentwicklung) ermöglicht. Zudem eröffnet die Mie-Darstellung die Möglichkeit zur Rekonstruktion der bei der Messung durchkreuzten, magnetosphärischen Ströme sowie deren Zerlegung in ihre toroidalen und poloidalen Anteile.