Dreidimensionale Rekonnexion in stoßfreien Weltraumplasmen - Simulation und Visualisierung ihrer Vektorfelder und Volumina

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Magnetische Rekonnexion ist der fundamentale Modus der Umwandlung magnetischer Energie in Plasmen sowohl der gesteuerten Kernfusion wie im Weltall. Derzeit stagnieren Theorie und Modellbildung konkreter Formen der Rekonnexion in der Astrophysik und dadurch die Möglichkeit eines konkreten Nachweises ihrer Konsequenzen trotz einer zunehmenden Zahl relevanter Beobachtungen. Ursache hierfür sind vor allem die stark vereinfachten Rand- und Anfangsbedingungen sowie die empirisch postulierten Transporteigenschaften in den existierenden MHD Modellen sowie die extrem vereinfachten Ausgangsbedingungen der kinetischen Modelle zur direkten Erforschung der Transporteigenschaften stoßfreier Plasmen. Unser Projekt zielt auf die Erforschung der Ursachen der Auslösung von Rekonnexion, ihrer dreidimensionalen Struktur und Dynamik unter Ausgangsbedingungen, die besser als bisherige Ansätze den Beobachtungen solarer Magnetfelder entsprechen. Wir wollen - die Topologie und Dynamik der dreidimensionalen magnetischen Rekonnexion im Streamerbelt ausgehend von einem Helmet-Streamer Modellfeld sowie für den Bereich von X-Ray-Bright-Points ausgehend von beobachteten Magnetfeldern magnetohydrodynamisch erforschen, - die für Rekonnexion notwendige mikroskopische Turbulenz und Dissipation unter den realistischeren Bedingungen magnetischer Scherung und gekrümmter Felder durch kinetische Simulation untersuchen und - die zur Untersuchung der Topologie und Dynamik der dreidimensionalen Rekonnexion notwendigen Werkzeuge der Vektorfeld- und Volumenvisualisierung entwickeln, um sie auf die ersten beiden Aufgabenstellungen anzuwenden. Magnetohydrodynamische (MHD-) und kinetischen Untersuchungen sollen sich gegenseitig beeinflussen: Aus den MHD-Ergebnissen leiten wir die Randbedingungen (Feldstärken, -krümmungen und -scherungen) für die kinetischen Simulationen ab, aus letzteren lernen wir, die Transporteigenschaften der stoßfreien Plasmen adäquat zu beschreiben.