Turbulence in the solar wind from inertial to kinetic scales
Turbulence ve slunečním větru: od inerciální ke kinetické oblasti
dissertation thesis (DEFENDED)
View/ Open
Permanent link
http://hdl.handle.net/20.500.11956/111042Identifiers
Study Information System: 134603
Collections
- Kvalifikační práce [10690]
Author
Advisor
Consultant
Němeček, Zdeněk
Referee
Hellinger, Petr
Kulhánek, Petr
Faculty / Institute
Faculty of Mathematics and Physics
Discipline
Physics of Plasma and Ionized Media
Department
Department of Surface and Plasma Science
Date of defense
27. 9. 2019
Publisher
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakultaLanguage
English
Grade
Pass
Keywords (Czech)
turbulence, sluneční vítr, kinetická oblast, inerciální oblastKeywords (English)
turbulence, solar wind, kinetic range, inertial rangeSluneční vítr, proud supersonické plazmy ze sluneční korony, je ideálním prostředím ke studiu toků plazmatu s vysokými hodnotami Reynoldsova čísla. Turbulentní procesy, které řídí dynamiku tzv. inerciální oblasti turbulence-tj. na škálách menších než charakteristické rozměry největších turbulentních vírů, ale větších než charakteristické disipační škály-byly studovány po celá desetiletí. V současnosti se předpokládá, že volná energie obsažena ve fluktuacích na největších škálách ve formě magnetické a kinetické energie se přenáší prostřednictvím turbulentní kaskády do fluktuací na malých škálách, kde začnou dominovat kinetické efekty vedoucí k zahřátí plazmatu. Abychom pochopili procesy způsobující disipaci na malých škálách, je nutno měřit parametry plazmatu s vysokou kadencí. Přístroj Bright monitor of the solar wind (BMSW) na družici Spektr-R je schopen měřit s časovým rozlišením 30 Hz a společně s rychlými měřeními magnetického pole družicí Wind, můžeme analyzovat fluktuace na charakteristických iontových škálách. Práce se zaměřuje na tři vzájemně provázaná témata spojená s turbulencí, (a) jaké změny vyvolává průchod meziplanetárních rázových vln na charakter fluktuací, (b) studium rozpadu energie v oblasti za rázovou vlnou a (c) identifikaci dominantního plazmatického módu fluktuací na iontových škálách.
Solar wind, a stream of supersonic plasma emanating from the solar corona, serves as an ideal laboratory for a study of high Reynolds number plasma flows. Turbulent processes that govern the dynamics of the so-called inertial range, i.e., the spatial scales smaller than energy injection scales but larger than the scales where the dissipation processes set in, have been studied for decades. At present, it is believed that the large-scale free energy in a form of kinetic and magnetic fluctuations is transferred via turbulent cascade into smaller scales, where kinetic effects become dominant and heating takes place. In order to understand dissipation processes, high-cadence measurements of solar wind parameters are necessary. The bright monitor of the solar wind (BMSW) instrument on board the Spektr-R spacecraft provides such data, and in tandem with high-cadence measurements of the magnetic field from the Wind spacecraft, we are able address the nature of the sub-ion scale fluctuations. The thesis focus on three interconnected topics, (a) what changes are induced by the passage of a collisionless IP shock in the framework of turbulence, (b) study of a decay of the turbulent energy downstream an IP shock, and (c) identifying the dominant mode of the sub-ion scale fluctuations.