Titelaufnahme

Titel
Magnetic storms on Earth-like exoplanets closer to their host stars
Weitere Titel
Magnetic storms on Earth-like exoplanets closer to their host stars
Verfasser/ VerfasserinDonnerer, Julia Maria
Begutachter / BegutachterinLammer, Helmut
ErschienenGraz, 2019
HochschulschriftKarl-Franzens-Universität Graz, Masterarbeit, 2019
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Abweichender Titel laut Übersetzung des Verfassers/der Verfasserin
DokumenttypMasterarbeit
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-138848 Persistent Identifier (URN)
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Magnetic storms on Earth-like exoplanets closer to their host stars [6.58 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Mit dem Ziel Leben auf anderen Planeten zu finden, suchen wir nach Exoplaneten die eine hohe Wahrscheinlichkeit aufweisen die Entwicklung von Leben zu ermöglichen. Neben dem stellaren Strahlungsfluss, sollten die Plasmazustände in der näheren Umgebung von Exoplaneten als zusätzliche Beeinflussung auf deren Bewohnbarkeit angesehen werden. Die genauere Untersuchung von interplanetaren koronalen Massenauswürfen (ICMEs) ist daher sehr wichtig, da diese zu magnetischen Stürmen führen, welche einen Einfluss auf die Magnetosphäre und die mögliche Atmosphäre eines Exoplaneten haben. Durch diese Interaktion eines ICMEs mit einer Magnetosphäre, könnten magnetische Stürme auf erdähnlichen Exoplaneten für die Definition einer habitablen Zone wichtig sein, zusätzlich zu altbekannten Faktoren wie der Oberflächentemperatur des Planeten, dessen Orbit oder seine Atmosphäre. In diesem Sinne wurde im Zuge dieser Masterarbeit eine Auswahl von 165 flux ropes aus dem OMNI2 Datenset und dem Heliospheric Cataloguing, Analysis and Techniques Service (HELCATS)-katalog getroffen und analysiert. Dafür wurden die Magnetfeldstärke, die Dichte, die Geschwindigkeit und die Dauer der ICMEs für die heliosphärischen Distanzen von 0.3 astronomischen Einheiten (AU) bis 0.9 AU in 0.1 Schritten skaliert. Daraus resultierten Anpassungsfaktoren für jene heliosphärische Distanzen. Die skalierten Daten wurden als Input für die Modellierung des disturbance storm time (Dst) Indexes benutzt, welcher die Schwere eines magnetischen Sturms zeigt. Die beobachteten und skalierten Magnetfeldstärken und Dst Indices wurden für ein einzelnes ICME Beispiel, sowie für ein solares Minimum und Maximum dargestellt. Des Weiteren wurden Histogramme für die Dst-index Verteilung und dazu passende Fits erstellt. Der resultierende Graph eines ICMEs bei 0.3 AU zeigt eine, im Vergleich zum selben ICME bei 1 AU, um den Faktor 8 erhöhte Stärke des magnetischen Sturms. Obwohl die Dauer eines ICMEs näher am Stern kürzer ist, ist die Stärke des magnetischen Sturms viel höher, was den Effekt der kürzeren Dauer aufhebt und den magnetischen Sturm wesentlich stärker werden lässt als bei 1 AU. Die Hauptmotivation hinter dieser Masterarbeit ist es die relative Wichtigkeit dieser beiden Beiträger zum Dst-index zu untersuchen. Da viele Exoplaneten im Bereich von 0.3 AU oder sogar näher am Stern liegen, würden diese alle paar Tage schweren magnetischen Stürmen ausgesetzt sein. Dies würde es ihnen erschweren eine potenzielle Atmosphäre über ihre gesamte Lebenszeit zu behalten, was außerordentlich wichtig für die Definition der Bewohnbarkeit der Exoplaneten ist, im Besonderen wenn diese Exoplaneten M- oder K-typ Sterne mit der habitablen Zone näher am Stern umkreisen. Daher sollen die Resultate, die aus dieser Masterarbeit gewonnen wurden, bei zukünftigen Studien dabei helfen die Definition der Bewohnbarkeit von Exoplaneten zu verbessern.

Zusammenfassung (Englisch)

In order to find life on planets in other stellar systems we are looking for exoplanets which are likely to have habitable conditions to enable the evolution of life. Besides the stellar radiation flux, the plasma conditions around an exoplanet should be seen as an additional influence on habitability. Looking at magnetic disturbances like interplanetary coronal mass ejections (ICMEs), resulting in magnetic storms on Earth, is very important as they temporarily interact with an exoplanets magnetic field and possibly its atmosphere. Due to this interaction, magnetic storms on Earth-like exoplanets may play a role in defining their habitability, in addition to well-known other factors like the planet's surface temperature, its orbit or its atmosphere. With that in mind, an ICME event sample of about 165 magnetic flux ropes has been selected from the OMNI2 data set and the Heliospheric Cataloguing, Analysis and Techniques Service (HELCATS) catalogue and has been analysed in this master thesis. Therefore, the magnetic field strength, the density, the speed and the duration of the ICMEs have been scaled to heliospheric distances from 0.3 astronomical units (AU) to 0.9 AU in steps of 0.1 AU. Thus, scale values for these different heliospheric distances have been created. The scaled data have been used as input for modelling the disturbance storm time (Dst) index, which shows the severity of a magnetic storm. The observed and the scaled magnetic field strength and Dst-index have been plotted for an example of a single ICME event, one representative for a solar minimum and the other for a solar maximum. Furthermore, histograms and a fit for the Dst-index distribution have been created. One resulting graph of an ICME at 0.3 AU shows an increased magnetic storm strength by a factor of 8 compared to the same ICME at 1 AU. Although the duration of an ICME closer to the star is shorter, the magnetic field strength is much higher, which overrules the effect of the shorter duration and makes the magnetic storm much stronger than at 1 AU. The main motivation of the work presented in this master thesis has been to study the relative importance of these two contributions to Dst. Many exoplanets are located as close as 0.3 AU or even closer to their host stars, so they would be exposed to very severe magnetic storms every few weeks. This would make it harder for them to keep a potential atmosphere over their lifetime, which is exceedingly important for defining their habitability, especially if they orbit around M- or K-type host stars with habitable zones at closer orbit locations. Therefore, the results presented in this master thesis shall help future studies to improve the definition of the habitability of exoplanets.

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