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Title
The Kelvin-Helmholtz instability around Venus : 2.5D simulations including a magnetic field parallel to the flow / vorgelegt von Michael Zellinger
AuthorZellinger, Michael
CensorAmerstorfer, Ute
Published2014
DescriptionVII, 60 Bl. : Zsfassung ; Ill., graph. Darst.
Institutional NoteGraz, Univ., Dipl.-Arb., 2014
Annotation
Zsfassung in dt. und engl. Sprache
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (GND)Venus <Planet> / Magnetfeld / Sonnenwind / Ionosphäre / Kelvin-Helmholtz-Instabilität / Venus <Planet> / Magnetfeld / Sonnenwind / Ionosphäre / Kelvin-Helmholtz-Instabilität / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-67905 Persistent Identifier (URN)
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The Kelvin-Helmholtz instability around Venus [4.92 mb]
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Abstract (German)

Bei nichtmagnetisierten Planeten wie der Venus stellt nur die relativ schwache, durch das interplanetare Magnetfeld induzierte Magnetosphäre eine Barriere für den Sonnenwind dar. Daher kann dieser sogar tiefe Regionen wie die Ionosphäre erreichen und mit diesen wechselwirken.Eine mögliche Wechselwirkung ist die Kelvin-Helmholtz Instabilität (KHI) an Grenzschichten rund um der Venus. Dabei führt der Geschwindigkeitsunterschied zwischen oberer und unterer Schicht zum Anwachsen von Anfangsstörungen und zur Bildung von Wirbeln und möglicherweise auch Plasmawolken, die zum Verlust von ionosphärischen Teilchen führen.Vor kurzem durchgeführte numerische Untersuchungen zeigen den Einfluss des Dichtesprungs an der Grenzschicht bzw. der Gravitation auf die KHI. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem, aus der Theorie bekanntermaßen stabilisierenden, Effekt einer Magnetfeldkomponente parallel zum Plasmafluss. Weiters untersuchen wir magnetische Rekonnexionsprozesse, welche durch das parallele Magnetfeld entstehen können. Schließlich werden die Daten unserer magnetohydrodynamischen 2,5D Simulationen mit Messdaten von Venus Express verglichen.Unsere Simulationen bestätigen die relativ starke stabilisierende Wirkung des parallelen Magnetfelds. Für die Entwicklung der KHI und die Bildung von Kelvin-Helmholtz Wirbeln ist eine Konfiguration erforderlich, bei der das Magnetfeld fast normal auf den Plasmafluss steht. Eine kleine Magnetfeldkomponente parallel zum Fluss ermöglicht Rekonnexionsprozesse und führt zur Bildung von Inseln aus Sonnenwindteilchen innerhalb der Ionosphäre, allerdings nicht zur Bildung von ionosphärischen Plasmawolken in der Sonnenwindregion. Der Vergleich unserer Simulationen mit den Venus Express Messdaten zeigt, dass die beobachteten Strukturen durchaus aufgrund der KHI entstanden sein können.

Abstract (English)

At unmagnetized planets like Venus, the only barrier for the solar wind is formed by the relatively weak induced magnetosphere, caused by the interplanetary magnetic field. Thus, the solar wind reaches regions near the planet and can directly interact with lower regions, sometimes even with the ionosphere.One possible interaction is the formation of the Kelvin-Helmholtz instability (KHI) at boundary layers around Venus. Due to the velocity shear between the upper and the lower region, small initial perturbations may grow and form vortices and possibly plasma clouds, leading to loss of ionospheric particles.Recent numerical studies investigated the influence of the density increase towards the boundary layer and of gravity on the growth of the KHI. In this work we focus on the effect of a magnetic field component parallel to the flow, which is known to stabilize the KHI from theory. A parallel magnetic field also leads to configurations that allow possible magnetic reconnection processes, which are also investigated in this thesis. Finally we compare our 2.5D magnetohydrodynamic simulation data with Venus Express measurements.Our simulations show that the stabilization due to a parallel magnetic field component is relatively high. For the growth of the KHI, the magnetic field has to be nearly perpendicular to the flow, otherwise the growth rates become too small for the evolution of significant Kelvin-Helmholtz vortices. A small magnetic field component parallel to the flow leads to reconnection processes and to the formation of islands of solar wind material inside the ionosphere. However, we do not observe the formation of clouds of ionospheric plasma in the solar wind region. The comparison of our results with measurement data shows that the observed structures in the magnetic field data indeed may be caused by the KHI around the planet.

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