%0 Generic
%A Hsu, Hsiang-Wen
%D 2010
%F heidok:10675
%K Saturn , interplanetary dust , magnetosphere , planetary ring
%R 10.11588/heidok.00010675
%T Dynamics of Jovian and Saturnian Stream Particles
%U https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/10675/
%X Stromteilchen sind nanometer-groe Festkörperteilchen, welche mit Geschwindigkeiten > 100 km/s aus dem Jupiter- und Saturnsystem entweichen. Aufgrund ihrer winzigen Gre wird ihre Dynamik durch elektromagnetische Kräfte beherrscht. Die starke Korrelation zwischen dem Stromteilchenflu und der Stärke des interplanetaren Feldes wurde zuerst von den Staubdetektoren der Ulysses- und Galileo-Misionen beocbachtet. Der Staubdetektor CDA der Cassini-Sonde bietet aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit als auch wegen seiner Fähigkeit, die Zusammensetzung der Staubteilchen zu bestimmen, die einzigartige Möglichkeit, daß Stromteilchenphänomen grundsätzlich zu verstehen. Darüber hinaus ist der CDA der einzige Detektor, welcher Stromteilchen von beiden bisher bekannten planetaren Quellen beobachtet hat. Der direkte Vergleich zwischen den Eigenschaften von Stromteilchen verschiedener Herkunft ermglicht einen tiefen Einblick in die Physik der Staub-Magneotsphären-Wechselwirkung. Da die Beobachtungen von Jupiter-Stromteilchen durch die 3 Detektoren einen sehr langen Zeitraum abdecken, kann auerdem die Langzeitentwicklung des Stromteilchenflusses analysiert werden. Diese Arbeit zeigt, daß der von CDA im interplanetaren Raum gemessene Fluß von Jupiter-Stromteilchen einen ähnlichen Trend als der von Galileo gleichzeitig im inneren Jupitersystem gemessene Fluß folgt. Es wird mittels eines auf der UV-Emmision des Io-Torus beruhenden Plasmamodells gezeigt, daß die Aufladungsbedingungen in der Nähe Io's mit der Zunahme der aus Galileo-Daten abgeleiteten Stromteilchenproduktion konsistent ist. Dieses Ergebnis weist auf eine bisher unverstandene komplexe Wechselwirkung zwischen Io, den Staubteilchen und der Magnetosphäre hin. Ein bedeutender Fokus dieser Arbeit sind die durch Cassini entdeckten Saturn-Stromteilchen. Deren dynamische Entwicklung sowohl im interplanetaren Raum als auch innerhalb der Saturn-Magnetosphäre wird detailliert untersucht. Das interplanetare Magnetfeld zeigte während Cassinis Annäherung an den Saturn im Jahre 2004 eine ausgeprägte, mit sogenannten "Corotation Interaction Regions" verbundene 2-Sektor-Struktur. CDA Beobachtungen während dieses Zeitraums zeigten eine deutliche Veränderung der dynamischen Eigenschaften der Stromteilchen, wenn diese aus einer "rarefaction region" in Gebiete komprimierten Sonnenwindes eindrangen. Dies bedeutet, daß das Stromteilchenphänomen auf lokale Wechselwirkungen zwischen dem interplanetaren Magnetfeld und dem Staub zurckzuführen ist. Mittels zeitlich inverser (backward tracing), auf Cassini-Sonnenwindaten beruhender Simulationen wird gezeigt, daß Stromteilchen Größen zwischen 2 und 8 nm und Geschwindigkeiten zwischen 50 und 200 km/s aufweisen. Das neuentwickelte Beschleunigungsmodell, welches Effekte der stochastischen Aufladung berücksichtigt und auf neuesten Cassini-Plasma-daten beruht, reproduziert die aus den zeitlich inversen Simulationen abgeleiteten dynamischen Eigenschaften der Stromteilchen. Dieses Ergebnis ist die Grundlage für die Identifizierung der Stromteilchenquelle im inneren Saturnsystem. In einer Analyse von CDA Massenspektren wird gezeigt, dass die Partikelzusammensetzung in der Quellregion (Wassereis im E ring) sich von der Zusammensetzung der Saturn Stromteilchen unterscheidet, welche eine drastisch erhoehte silikatische Komponente aufweisen. Die stark unterschiedlichen Sputtereffizienzen und Sekundärelektronenergiebigkeiten von Wassereis und Silikaten indizieren, daß das Plasmasputtering nicht die Lebenszeit der E-Ring-Teilchen bestimmt, sondern auch ein materialselektiver Prozeßist, welcher für die beobachtete unterschiedliche Zusammensetzung von Ring- und Stromteilchen verantwortlich ist. Die hohe Sputtereffizienz von Wassereis unterstützt die Annahme, daß Saturn-Stromteilchen die durch Plasmaerosion freigesetzten silikatischen Verunreinigungen in den Wassereisteilchen sind. Abschlieend zeigt diese Arbeit, daß die Radiolyse der Wassereisteilchen eine mögliche Erklärung der beobachteten Verteilung von atomaren und molekularen Sauerstoffionen im Saturnsystem ist.