Hydrodynamik und Sonnenwinde

Leiter: Eric

In klaren Nächten beobachtet man in den nördlicheren Regionen manchmal spektakuläre Nordlichter und hin und wieder fallen einige Kommunikationssatelliten aus. Ansonsten bemerkt man auf der  Erde wenig von den Plasmastürmen, die unser Sonnensystem heimsuchen. Allerdings steckt hinter diesen Phänomenen eine interessante Physik, die außerdem wichtig für das Verständnis unserer  Sonne ist. Wer also keine Angst vor ein wenig Mathematik hat und die 12. Klasse erfolgreich meistern konnte, kann sich mit mir und anderen Teilis gerne den spannenden Fragen der Plasmaphysik  unseres Sonnensystems widmen.

AG-Bericht aus dem ASL 2017

von Fabian G. und Kaj

In der AG HYDRA haben wir uns mit den hydrodynamischen Eigenschaften von Plasma beschäftigt. Bei Plasma handelt es sich um extrem heißes Gas, in dem alle Elektronen von ihren Atomkernen getrennt sind. Diese freien, geladenen Teilchen schwingen mit der Plasmafrequenz zueinander, die wir anhand der Maxwell-Gleichungen hergeleitet haben. Befindet sich Plasma in einem Magnetfeld, das z.B. durch einen Stern hervorgerufen wird, beschreiben die Teilchen, zusätzlich zu ihrer linearen Bewegung, eine Spiralbahn mit der sogenannten Zyklotronfrequenz.

Als nächstes beschäftigten wir uns mit dem Verhalten von Schallwellen und elektromagnetischen Wellen in kaltem und heißem Plasma. Zunächst wurden die Sonderfälle, einer zum Magnetfeld senkrechten bzw. parallelen Ausbreitungsrichtung behandelt. Ist die Frequenz der eingehenden elektromagnetischen Welle kleiner als die Plasmafrequenz, so wird sie reflektiert. Wenn die Wellenfrequenz größer als die Plasmafrequenz ist, wird sie durchgelassen.

Des Weiteren beschäftigten wir uns mit der Dispersionsrelation von elektromagnetischen Wellen.
Durch lokale Ladungsunterschiede entsteht ein elektrisches Feld im Plasma, das in Kombination mit einem magnetischen Feld (z.B. durch einen Stern hervorgerufen), zu einer Drift der Teilchen senkrecht zu beiden Feldern führt. Dies ist die sogenannte E x B – Drift. Zudem beschäftigten wir uns mit dem Phänomen der magnetischen Flasche. Diese wird durch eine lokale Störung des Magnetfelds hervorgerufen. Genauer gesagt ist der magnetische Fluss hier abgeschwächt. In diesem Bereich werden Teilchen, die unter einem bestimmten Winkel in die Flasche eintreten, unabhängig ihrer Masse und Ladung gefangen gehalten.

Als letztes haben wir uns die allgemeinen Eigenschaften von zirkular polarisiertem Licht angeschaut. Mit Hilfe der Polarisation des Lichts, das das Plasma durchdringt, kann dessen Dichte bestimmt werden.