Bibliographic Metadata

Title
Monte-Carlo Simulation of the hot atom corona around terrestrial planets / Hannes Gröller
AuthorGröller, Hannes
CensorBiernat Helfried ; Dutuit Odile
Published2012
DescriptionXX, 180 S. : 2 Zsfassungen ; Ill., graph. Darst.
Institutional NoteGraz, Univ., Diss., 2012
Annotation
Zsfassung in dt. und in engl. Sprache
LanguageGerman
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (GND)Heißes Teilchen / Atmosphäre / Exosphäre / Monte-Carlo-Simulation / Computersimulation / Heißes Teilchen / Atmosphäre / Exosphäre / Monte-Carlo-Simulation / Computersimulation / Online-Publikation / Venus <Planet> / Mars <Planet> / Heißes Teilchen / Atmosphäre / Exosphäre / Monte-Carlo-Simulation / Computersimulation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-37919 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
Monte-Carlo Simulation of the hot atom corona around terrestrial planets [11.2 mb]
Links
Reference
Classification
Abstract (German)

Ziel dieser Doktorarbeit ist es, ein Computerprogramm zu entwickeln, basierend auf einer Monte-Carlo Methode, welches energiereiche (heiße) Teilchen, die von verschiedenen photochemischen Prozessen produziert werden, verfolgt.Das entwickelte Simulationsmodell sieht vor, den stochastischen Pfad von neu produzierten heißen Teilchen durch die obere Atmosphäre und die Exosphäre so realistisch wie möglich zu behandeln. Für die Berechnung der Produktionsrate werden die aktuellsten Koeffizienten in Betracht gezogen. Auch die innere Anregungs-, Schwingungs- und Rotationsenergien von Molekülen werden berücksichtigt. Für Photodissoziation, eine der wichtigsten Quellen von heißem Stickstoff, wird ein hochaufgelöster Absorptions- und Dissoziationsquerschnitt verwendet. Für die Teilchen muss der Pfad durch die Atmosphäre bestimmt werden. Deswegen werden elastische, unelastische und quenching Stöße berücksichtigt. Das verfolgte Teilchen kann während solcher Stöße seine kinetische Energie verlieren, erhöhen oder beibehalten. Wenn keine Stöße auftreten, bewegt sich das Teilchen entlang einer ungestörten ballistischen Trajektorie. Die Wahrscheinlichkeit eines Stoßes wird durch einen energie- und massenabhängigen Kollisionsquerschnitt bestimmt. Ein differenzieller Stoßquerschnitt mit einem bevorzugten vorwärts (rückwärts) Streuwinkel wird verwendet. An der Exobase wird die Energiedichteverteilung bestimmt, die als Eingabe für Exosphärenmodelle dienen kann, oder durch Integration über Energien, größer als die Fluchtenergie, die Verlustrate berechnet.Eines der Hauptresultate dieser Doktorarbeit ist, dass die Eingabedaten zum Behandeln elastischer, unelastischer und quenching Stöße, sowie der Absorptionsquerschnitte für Photodissoziation oder der Koeffizienten für die dissoziative Rekombination kritische Parameter sind.Das entwickelte Simulationsmodel wurde auf der Tag- und Nachseite von Venus für Sauerstoff und auf der Tagseite von Mars für Sauerstoff und Stickstoff angewendet.

Abstract (English)

The aim of this thesis is to develop a computer program, based on a Monte-Carlo technique, to trace energetic (hot) particles which are produced by photochemical processes.The developed simulation model is intended to treat the stochastic path of newly produced hot particles through the upper atmosphere and the exosphere as realistic as possible. In order to determine the initial energy, temperature and vibrational level dependent branching ratios are used. For the calculation of the production rate, the latest rate coefficients are taken into account. Also the internal excitation and the vibrational and rotational energy of molecules are included. For photodissociation, which turns out to be one of the most important sources of hot nitrogen, high resolution absorption and dissociation cross sections are used. Once hot particles are produced, their stochastic path through the atmosphere has to be determined. Therefore, elastic, inelastic and quenching collisions are considered. During collisions, the traced particle can lose, gain, or retain its kinetic energy. The probability for a collision is determined by using an energy and mass dependent total collision cross section. A differential cross section with a preferred forward (backward) scattering angle instead of a hard-sphere model is used. At the exobase altitude, the energy density distribution is determined and can serve as input for exosphere and solar wind-atmosphere interaction models, or by integrating over energies exceeding the escape energy, the escape flux and thus the loss rate can calculated.One of the main findings of this thesis is that the used input data for treating elastic, inelastic, and quenching collisions, as well as the absorption cross sections for photodissociation or the rate coefficients for the dissociative recombination are crucial parameters.The developed simulation model is applied to Venus day- and nightside for oxygen, and to the dayside of Mars for oxygen and nitrogen.

Stats
The PDF-Document has been downloaded 74 times.