Globale Effekte einer Erdmagnetfeldumkehrung : Magnetosphärenstruktur und kosmische Teilchen

Stadelmann, Anja

Während einer Umkehrung des Erdmagnetfeldes unterscheidet sich das Magnetfeld in Konfiguration und Stärke vom heutigen Zustand. Dies wirkt sich nicht nur auf die Magnetosphäre aus, sondern auch auf die Bewegung hochenergetischer Teilchen, die in die obere Atmosphäre gelangen. In dieser Dissertation wird untersucht, welche möglichen Magnetosphärenkonfigurationen während einer Feldumkehrung auftreten können und welche Auswirkung sie auf die Teilchenverteilung haben können. Das in dieser Arbeit erweiterte Potentialfeldmodel von Voigt legt eine realistische Magnetosphärengeometrie zu Grunde und bietet mit seinen Parametern die Möglichkeit, auch magnetosphärische Magnetfelder während einer Feldumkehrung zu betrachten. Neben verschiedenen Parameterstudien, die die Möglichkeiten des Magnetosphärenmodells aufzeigen, wird auch das Magnetfeld und der Einfall kosmischer Teilchen in die Erdmagnetosphäre für eine simulierte Magnetfeldumkehrung untersucht. Hierbei wird das Magnetosphärenmodell als Werkzeug benutzt, um die Bewegung hochenergetischer Teilchen in der Magnetosphäre zu bestimmen. Aus den auf der Erde ankommenden Teilchen werden Teilchenverteilungen und -flüsse in die Erdatmosphäre bestimmt. Diese wiederum können als Eingangsgrößen für die Berechnung von atmophärischen Prozessen verwendet werden. Es zeigt sich, daß während einer Magnetfeldumkehrung Verteilungen und Flüsse von hochenergetischen Teilchen auftreten, die sich sehr von den heutigen unterscheiden

During geomagnetic reversals, the configuration and strength of the Earth´s magnetic field can differ very much from its current state. This has consequences not only for the magnetosphere, but also for the motion of high-energetic particles precipitating into the upper atmosphere. In this dissertation, possible magnetospheric configurations and the consequences for the impact of cosmic particles into the atmosphere during such reversals are studied. The potential field model of Voigt, which is extended in this work, offers a realistic geometry of the magnetosphere. Its parameters allow to examine magnetospheric configurations during geomagnetic reversals. Beside the study of different model parameters showing the capabilities of the model, the magnetic field and the particle impact during a simulated geomagnetic reversal is investigated. The magnetic field model is used as a tool to determine the motion of cosmic particles within the magnetosphere. From this particle distribution on the Earth´s atmosphere and particle fluxes are calculated, which can be used as an input for atmospheric process calculations. It is shown that during geomagnetic reversals the distribution and particle fluxes of high energetic particles significantly differ from the present situation.

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Stadelmann, Anja: Globale Effekte einer Erdmagnetfeldumkehrung : Magnetosphärenstruktur und kosmische Teilchen. 2004.

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