Die Wechselwirkung des Sonnenwindplasmas mit dem Plasma einer Kometenionosphäre ist ein äußerst interessanter Forschungsgegenstand. Das liegt weniger am spektakulären Erscheinungsbild eines Kometenschweifs als vielmehr an der Vielzahl grundlegender Plasmaprozesse, die diese Wechselwirkung ausmachen.
Grundsätzlich läuft folgendes ab. Kommt ein Komet in die Nähe der Sonne sublimieren flüchtige Substanzen wie CO2, CO, H2O u.a. Die Entweichgeschwindigkeit ist mit ca. 1km/s sehr viel kleiner als die Sonnenwindgeschwindigkeit (ca. 400km/s). Die Moleküle werden hauptsächlich durch UV-Photonen der Sonne ionisiert und geraten ab diesem Zeitpunkt in elektromagnetische Wechselwirkung mit der Überschallströmung des hoch leitfähigen Sonnenwindes.
Das Pickup der kometaren Ionen, die Evolution ihrer Verteilungsfunktion, die Rückwirkung auf die Sonnenwindströmung und das Drapieren des Magnetfeldes stellen ein vielschichtiges Wechselspiel dar.
Zur Beschreibung und Simulation dieser Prozesse wurde ein Hybrid-Code entwickelt, der in den drei räumlichen Koordinaten arbeitet wobei die Koordinaten zudem beliebig gekrümmt sein können.
https://www.tu-braunschweig.de/index.php?eID=dumpFile&t=f&f=60140&token=167f46682fbce9b992acfb080543d5dfdbfbc568
Kometare Ionen (mpg, 1.9MB)
https://www.tu-braunschweig.de/index.php?eID=dumpFile&t=f&f=60142&token=90631c68f38ff660182f781122cb16cad1f49e29
Sonnenwind (mpg, 1.9MB)
https://www.tu-braunschweig.de/index.php?eID=dumpFile&t=f&f=60138&token=9eaf349495040f98918ad7974aec9c128b576562
Magnetfeld (mpg, 1.9MB)
Die Animation zeigt das Strömungsfeld, das sich nach dem "Einschalten" eines schwachen Kometen quasistationär herausbildet. Die Längenskala ist durch Ionengyrationsradien, die Zeitskala durch die inverse Ionengyrationsfrequenz gegeben. Das gezeigte Simulationsgebiet ist bei einem (senkrecht zur Bildebende orientierten) Hintergrundmagnetfeld von 5nT und einer Sonnenwinddichte von 5 Teilchen pro cm3 etwa 40.000km groß, die gesamte Simulationszeit beträgt etwa 400 Sekunden. Der Sonnenwind strömt mit einer Geschwindigkeit von 500km/s (MA=10).
Mittlerweile ist die Raumsonde Rosetta unterwegs, die im Jahr 2014 entsprechende Messungen am Kometen Churyumov-Gerasimenko durchführen wird. Einen interessanten Artikel zum erfolgreichen Rosetta-Start gibt es zum Beispiel hier.
Referenzen
Koenders, C., K.-H. Glassmeier, I. Richter, U. Motschmann and M. Rubin, Revisiting cometary bow shock positions, Planetary and Space Sci., 87, 85-95, 2013, doi: 10.1016/j.pss.2013.08.009.
Wiehle, S., U.Motschmann, N. Gortsas, K.-H. Glassmeier, J. Mueller and C. Koenders, Simulation of cometary jets in interaction with the solar wind, Advances in Space Research, 48, 1108-1113, 2011, doi: 10.1016/j.asr.2011.05.024.
Gortsas, N., U.Motschmann, E. Kuehrt, K.-H. Glassmeier, K.-H. Hansen, J. Mueller, and A. Schmidt, Global plasma-parameter simulation of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko approaching the Sun, Ann. Geophys., 520, A92, 2010, doi: 10.1051/0004-6361/201014761.
Gortsas, N., U.Motschmann, E. Kuehrt, J. Knollenberg, S. Simon, A. Boesswetter, Mapping of coma anisotropies to plasma structures of weak comets: a 3d hybrid simulation study, Ann. Geophys., 27, 1555-1572, 2009, doi: 10.5194/angeo-27-1555-2009.
Hansen, K.C., T. Bagdonat, U. Motschmann, C. Alexander, M.R. Combi, T.E. Cravens, T.I. Gombosi, Y.D. Jia, I.P. Robertson, The plasma environment of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko throughout the the Rosetta main mission, Space Sci. Rev., 128, 133-166, 2007.
Motschmann, U., E. Kuehrt, Interaction of the solar wind with weak obstacles: hybrid simulations for weak comets and for Mars, Space Sci. Rev., 122, 197-207, 2006.
Bagdonat, T., U. Motschmann, K.-H. Glassmeier, E. Kührt, Plasma Environment of comet Churyumov-Gerasimenko: 3D hybrid code simulations, The New Rosetta Targets, 153-166, Kluwer, 2004.
Lipatov, A. S., U. Motschmann, T. Bagdonat, 3D hybrid simulation of the interaction of the solar wind with weak comet, Planetary and Space Sci.50(4), 403-411, 2002.
Bagdonat, T., U. Motschmann, From a weak to a strong comet - 3D global hybrid simulation studies, Earth, Moon, Planets, 90, 305-321, 2002.
Glassmeier, K. H., U. Motschmann, C. Mazelle, F. M. Neubauer, K. Sauer, S. A. Fuselier, M. H. Acuna, Mirror modes and fast magnetoacoustic waves near the magnetic pile-up boundary of comet P/Halley, J. Geophys. Res., 98, 20955-20964, 1993.
Motschmann, U., K. H. Glassmeier, Nongyrotropic distribution of pickup ions at comet P/Grigg-Skjellerup: a possible source of wave activity, J. Geophys. Res., 98, 20977-20983, 1993.