Solar wind and neutral atoms in the heliosphere : Analysis of current data and preparation for future missions
Here we will focus on two aspects of the heliosphere, namely the slow solar wind and energetic neutral atoms. While the slow solar wind is well characterized in its parameters, the mechanisms of its origin at the Sun are not well understood. Regarding the energetic neutral atoms neither their characteristics nor their origin is well understood, since there are few direct observations of these particles. In this work on the hand we look at observational data of the slow solar wind and combine this with a model of the coronal magnetic field in order to better understand its origin. On the other hand we prepare future missions for the measurement of the source regions of the slow solar wind and the observation of heliospheric neutral particles. The observational data covered here was taken by the Ulysses and ACE spacecraft and it is combined with a Potential Field Source Surface ( PFSS ) model that gives us the magnetic field line configuration in the corona. From this we draw conclusions about the mechanism that might release the plasma which makes up the slow solar wind. To support the upcoming Solar Orbiter mission we devised a measurement scheme for the Spectral Imaging of the Coronal Environment ( SPICE ) instrument which will enable the remote observation of solar wind plasma at its source location and the in-situ measurement of the very same plasma package with in-situ particle detectors. This kind of observation will hopefully greatly improve our understanding of the formation of slow solar wind. And finally we help prepare the foundation of future missions that measure the neutral component in the heliosphere by establishing a calibration facility for he- liospheric particle detectors. Part of this facility are Faraday cups which measure the particle beams. These Faraday cups have been calibrated for the detection of neutral particles and serve now as reference detectors for future neutral particle detectors.
Wir werden uns hier auf den langsamen Sonnenwind und energiereiche neutrale Atome fokusieren. Während der langsame Sonnenwind in seinen Eigenschaften gut charakterisiert ist, ist sein Ursprung auf der Sonne nicht gut verstanden. Im Falle der energiereichen neutralen Atome sind weder ihr genauen Eigenschaften noch ihr Ursprung gut verstanden. In dieser Arbeit werden wir uns zum einen Beobachtungsdaten des langsamen Sonnenwindes anschauen und diese mit einem Modell des koronalen Magnetfelds kombinieren um seinen Ursprung besser zu verstehen. Zum anderen werden wir Vorberei- tungen für zukünfitge Missionen treffen um diesen die Beobachtung der Quellregionen des langsamen Sonnenwindes und energiereicher neutraler Teilchen zu ermöglichen. Die in dieser Arbeit benutzten Beobachtungen wurden von den Sonden Ulysses und ACE aufgenommen und mit einem so genannten Potential Field Source Surface ( PFSS ) Modell verknüpft. Dieses Modell simuliert das Magnetfeld in der Ko- rona. Damit können wir Schlussfolgerungen über die möglichen Mechanismen ziehen, die für die Freisetzung des Plasmas verantwortlich sind, welches den langsamen Sonnenwind ausmacht. Für die geplante Mission Solar Orbiter haben wir ein Messschema für das SPICE Instrument entworfen. Dieses wird es ermöglichen das Sonnenwindplasma an seiner Quellregion auf der Sonne zu beobachten. Das selbe Plasmapacket wird dann ein weiteres mal in-situ mit einem Partikeldetektor auf Solar Orbiter detektiert. Im letzten Teil der Arbeit haben wir geholfen ein Fundament für zukünftige Missio- nen zu legen, die die neutrale Teilchenkomponente in der Heliosphäre messen werden, indem der Aufbau einer Kalibrationseinrichtung für heliosphärische Teilchendetektoren unterstüzt wurde. Teil dieser Einrichtung sind Faraday Cups, die dafür genutzt werden die erzeugten Teilchenstrahlen zu messen. Die Faraday Cups wurden in dieser Arbeit für die Detektion von neutralen Teilchen kalibriert und dienen nun als Referenzdetektoren.
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