Modellierung der dreidimensionalen Dichteverteilung des geokoronalen Neutralwasserstoffes auf Basis von TWINS Ly-Alpha-Intensitätsmessungen

Abstract

Die dreidimensionale Dichteverteilung des geokoronalen Neutralwasserstoffes der äußeren Exosphäre der Erde sowie deren zeitliche Dynamik sind nach wie vor Gegenstand der Hochatmosphärenforschung. Insbesondere die verschiedenen Kopplungsmechanismen der solaren Strahlungsgrößen mit der Wasserstoffverteilung sowie deren räumliche Struktur bedürfen der weiteren Untersuchung.<br /> Die im Rahmen des TWINS-Satellitenprojektes geplanten Sichtlinienmessungen der geokoronalen Ly-Alpha-Resonanzstreustrahlung bieten die Möglichkeit, die neutrale Wasserstoffexosphäre der Erde in-situ über einen solaren Zyklus hinweg zu untersuchen. Die gemessene Streustrahlung entsteht dabei durch die fortlaufende resonante Streuung solarer Ly-Alpha-Photonen am Ly-Alpha-Übergang des neutralen Wasserstoffes der Geokorona und ist direkt proportional zu dessen integrierter Dichte entlang der Sichtlinie.<br /> Vorgestellt werden zunächst die relevanten, physikalischen Größen der Messungen, gefolgt von der Diskussion des solaren Ly-Alpha-Strahlungsinputs sowie möglicher Fehlerquellen. Ebenfalls werden die missionsbedingten, technischen Einflüsse der TWINS-Ly-Alpha-Messungen zusammengestellt und analysiert.<br /> Die Auswertung der Sichtlinienmessungen verschiedener, orbitaler Positionen der Satelliten erfolgt durch Entfaltung der integrierten Intensitätsdaten und einem nachfolgendem Fit an ein geeignetes Dichtemodell des geokoronalen Neutralwasserstoffes. Verschiedene H-Dichtemodelle sind in diesem Zusammenhang auf ihre Eignung untersucht worden. Zur Analyse der TWINS-Messungen wird ein eigenes, geokoronales H-Dichtemodell verwendet, welches auf Basis des Monte-Carlo-Modells von R.R.Hodges (1994) abgeleitet wurde und über die notwendigen Eignungskriterien verfügt. Beide Modelle sind ausführlich qualitativ bzw. quantitativ miteinander verglichen.<br /> Auf Basis simulierter TWINS-Ly-Alpha-Sichtlinienmessungen eines orbitalen Umlaufes, die zusätzlich mit realistischen Fehlereffekten versehen wurden, konnte abschließend unter verschiedenen, solaren Bedingungen jeweils eine komplette, dreidimensionale Neutralwasserstoff-Dichteverteilung der äußeren Exosphäre rekonstruiert werden.