Titelaufnahme

Titel
Two and three dimensional solar image analysis algorithms applied to data from simulation and observation / Birgit Lemmerer
Verfasser/ VerfasserinLemmerer, Birgit
Begutachter / BegutachterinHanslmeier, Arnold ; Muthsam, Herbert
Erschienen2015
UmfangV, 93 Bl. : Zsfassungen (2 Bl.) ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassungen in dt. und in engl. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Sonnenkorona / Koronaentladung / Simulation / Sonnenkorona / Koronaentladung / Simulation / Online-Ressource
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-82386 Persistent Identifier (URN)
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Two and three dimensional solar image analysis algorithms applied to data from simulation and observation [5.89 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Sonne und das von ihr beeinflusste „Space Weather“ wirken sich auf das Leben auf der Erde aus. Koronale Massenauswürfe in Richtung Erde gelten als Hauptverursacher von Schäden an Satelliten oder Stromausfällen. Daher bildet die Erforschung der internen solaren Prozesse eine wichtige Grundlage für die Vorhersage dieser durch das solare Magnetfeld hervorgerufenen Phänomenen. Die Dynamik der Sonne wird durch ihr Magnetfeld und der Wechselwirkung mit konvektiven Strömungen bestimmt. Hochauflösende Teleskope zeigen diese Phänomene auf der Photosphäre bis in kleinste Skalen. Um auch die internen Prozesse der Konvektionszone zu verstehen, werden diese durch numerische Simulationen modelliert. Im Zuge dieser Dissertation werden 2D und 3D Segmentierungs- und Trackingalgorithmen entwickelt und auf hochaufgelöste Beobachtungsdaten der Weltraumteleskope Hinode und Sunrise, sowie auf das 3D RHD Model ANTARES angewandt. Eine neue Population kleiner Granulen (Durchmesser < 800 km) wurde durch die Anwendung der Segmentierungsalgorithmen in Simulationen detektiert und in Untersuchungen von Beobachtungsdaten bestätigt. Kleine Granulen befinden sich tiefer in der Konvektionszone und entstehen nicht aus der Fragmentierung großer Granulen. Die Detektion von konvektiven Wirbeln und starken Magnetfeldern zeigt, dass kleine Granulen eher von starken Verwirbelungen als durch Magnetfelder beeinflusst werden. Die 3D Segmentierung konvektiver Auf- und Abwärtsströmungen gibt Einblick in ihre Entstehung und Dynamik. Die Analyse zeigt, dass Aufwärtsströmungen, sichtbar als kleine Granulen, stark von benachbarten Abwärtsströmungen beeinflusst werden. Eine Korrelationsanalyse bestätigt, dass konvektive Wirbel die Abwärtsströmungen des Plasmas verstärken. Kleine Granulen werden durch eine komplexe netzwerkartige 3D Struktur der Abwärtsströmungen beeinflusst, wodurch sie in der oberen Konvektionszone eine röhrenartige Struktur annehmen.

Zusammenfassung (Englisch)

The Sun is the basis for all life on Earth but its large energy outbursts can damage satellites or cause electrical power outages. The forecast of the hazardous phenomena is essential to minimize the consequences. Hence, a better understanding of internal solar processes is required. The dynamics of the solar atmosphere are governed by magnetic fields and influenced by convective motions. Telescopes show the magnetic and convective phenomena down to extremely small scales, but the opacity of the photosphere hinders observations of the underlying layer. Nevertheless, the evolution of magnetic flux tubes and convective motions can be simulated with 3D models. In the course of this thesis, 2D and 3D segmentation and tracking algorithms are developed and applied to observations and simulations of the solar atmosphere and convection zone based on the 3D RHD model ANTARES and on observations from the Sunrise and Hinode space telescopes. A new population of small granules (diameter < 800 km) was detected in simulations and was confirmed in observations. The small granules are located deeper in the convection zone and do not result from fragmentation of larger granules. The application of the segmentation algorithm for detecting vortices and strong magnetic fields show that the generation of small granules is highly affected by strong vortex motions rather than magnetic fields. The segmentation of convective up- and downflows in 3D enables an extracted representation and tracking of their evolution. The analysis of simulations show that convective upflows observed as small granules are influenced by surrounding strong downflows and appear as tube-like structures. A correlation analysis of the segmented convective downflows indicates the domination of the segmented 3D structures by strong vertical vortices. The complex 3D downflows are visible as networks surrounding small granules in the upper part of the convection zone and form tube-like structures in the lower parts.