Hybrid simulation of weak comets

2004 startete die ESA erfolgreich die ROSETTA-Raumsonde, deren Aufgabe die Untersuchung des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko sein wird. Eines der Hauptziele ist dabei die Untersuchung der kometaren Plasmaumgebung, die sich aus der Wechselwirkung der ionisierten Koma mit dem Sonnenwind ergibt. Da 67P/Churyumov-Gerasimenko ein schwacher Komet (d.h. mit vergleichsweise geringer Gasproduktion) ist, kann man ein qualitativ anderes Bild erwarten, als man es von fruheren in-situ Beobachtungen, z.B. bei Halley, her kennt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, diese Unterschiede und die ihnen zugrundeliegenden Mechanismen zu untersuchen, was sowohl fur die Missionsvorbereitungen als auch die Interpretation der zukunftigen Messergebnisse bedeutsam ist. Die Wechselwirkung des Kometen mit dem Sonnenwind wird mit einem eigens dafur entwickelten Hybrid-Code numerisch untersucht. In der Hybrid-Naherung werden die Protonen als Teilchen behandelt, wahrend die Elektronen durch eine masselose Flussigkeit modelliert werden. Der Code verwendet krummlinige Koordinaten in bis zu drei Raumdimensionen, um die sehr unterschiedlichen raumlichen Skalen auflosen zu konnen. Im ersten Teil der Arbeit wird der zugrundeliegende Algorithmus beschrieben. Im zweiten Teil werden zahlreiche, quantitative Simulationsergebnise fur den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko diskutiert. Die dreidimensionale Struktur des elektromagnetischen Feldes, der Plasmaparameter, sowie die Energieverteilung der Plasmateilchen werden gezeigt. Wie erwartet, zeigen diese Ergebnisse ein komplett anderes Bild, als man es von starkeren Kometen her bereits kennt. Die wesentlichen Charakteristika sind: (i) ein zykloidaler Plasmaschweif statt des geraden, sonnenabwarts gerichteten, (ii) mehrere Machkegel anstatt einer Bugstoswelle, (iii) das Fehlen einer diamagnetischen Kavitat, (iv) einen deutlichen Sprung in der Ionenzusammensetzung. Das Verhalten dieser Merkmale bei verschiedenen heliozentrischen Abstanden und ihre zugrundeliegenden kinetischen Prozesse werden ausfuhrlich diskutiert.