Das Magnetfeld des Merkur: Über den Einfluss der Magnetosphäre auf den Dynamo im Planeteninneren

Heyner, Daniel

Als Ursache des ungewöhnlich schwachen planetaren Magnetfelds wird ein Dynamoprozess im Inneren angenommen. Die Magnetosphäre kann diesen Dynamoprozess dämpfen. In dieser Arbeit wird das Feedbackdynamomodell für den Merkur diskutiert. Die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit einem merkurähnlichen Dipolfeld, wird anhand einer Reihe Magnetosphärenmodelle untersucht. Dazu wird das interne Dipolmoment variiert und das sich ergebende externe Feld bestimmt. Dieses Feld besteht im wesentlichen aus dem Magnetopausenfeld. Die Amplitude dieses Feldes wird nur vom Sonnenwinddruck bestimmt. Dies bestätigt sich in einer realitätsnahen Sonnenwindsimulation. Das parametrisierte Magnetopausenfeld wird auf ein vereinfachtes kinematisches Dynamomodell angewendet. Es existiert ein Lösungsbereich gibt, bei dem der Dynamo durch den Feedback frühzeitig stabilisiert wird. Der Dynamo darf nicht zu stark angetrieben und das Saatfeld nicht zu stark sein, damit des externe Feld einen dämpfenden Effekt haben kann. Die weitere Analyse ergibt, dass stabile, schwache Dynamos mit zunehmenden externen Feld existieren. In der Frühzeit des Sonnensystems herrschte ein wesentlich stärkerer Druck, was den Effekt des externen Feldes auf den Merkurdynamo verstärkt. Mittels einer realitätsnahen Dynamosimulation können die Ergebnisse der kinematischen Modellierung für den heutigen Merkur bestätigt werden. Zusätzlich ergibt sich das äußere Spektrum eines planetaren Dynamos unter dem dämpfenden Einfluss der Magnetosphäre. Dieser unterbindet den Regimewechsel von der Geostrophie zur Magnetostrophie. Das äußere Magnetfeld ist durch einen schwachen Dipol dominiert,was die Eignung des Feedbackeffektes zur Erklärung des schwachen Dipolmoments demonstriert. Das Spektrum jenseits der Dipolmode wird mit den aktuellen Analyseergebnissen der MESSENGER-Mission verglichen. Das gemessene Spektrum kann bisher durch keines der vorgeschlagenen Dynamomodelle, einschließlich des Feedbackdynamos, allein erklärt werden.

A dynamo process is assumed to be the cause of the unusually weak planetary magnetic field. The magnetosphere can attenuate this dynamo process. In this work, the feedback dynamo model for Mercury is discussed. The interaction of the solar wind with a dipole field similar to the Hermean is examined through a series of magnetospheric models. For this purpose, the internal dipole moment is varied and the resulting external field is determined. This field consists essentially of the magnetopause field. The amplitude of this field is determined only by the solar wind pressure. This is confirmed in a realistic solar wind simulation. The parameterized magnetopause field is applied to a simplified kinematic dynamo model. There is a solution area is where the dynamo is stabilized by the early feedback. The dynamo may not be too strongly driven and the seed field may not be too strong, so that the external field can have a dampening effect. Further analysis shows that stable, weak dynamos exist with increasing external field. In the early days of the solar system, there was a much stronger pressure, which increases the effect of the external field on the Hermean dynamo. By means of a realistic dynamo simulation, the results of kinematic modeling for present-day Mercury are confirmed. In addition, the spectrum of a planetary dynamo under the dampening effect of the magnetosphere is calculated. The feedback prevents the regime change of geostrophy to magnetostrophy. The external magnetic field is dominated by a weak dipole, which demonstrates the suitability of the feedback effect to explain the weak dipole moment . The spectrum beyond the dipolar mode is compared with the current analysis results of the MESSENGER mission. None of the proposed dynamo models including the feedback dynamo can explain the magnetic spectrum.

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Heyner, Daniel: Das Magnetfeld des Merkur: Über den Einfluss der Magnetosphäre auf den Dynamo im Planeteninneren. 2013.

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