Clerk - ulrich-von-kusserow.de · Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz...
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Clerk
Historisches und Magnetisches
Christoph Scheiner 1613
Galilei 1612 galileioriceedu
Weiszliglicht-Flare in solarem Aktivitaumltsgebiet Richard C Carrington 1860
Solar White Light Flare SOHOMDI 070322 Hinode SOT G NASA
Solar White Light Flare SOHOMDI Hinode SOT G NASA
First observation of a halo coronal mass ejection on 30 August 1979 Skylab
Einblattdrucke einer Kometenerscheinung 1687
Als der Koumlnig seine getreuen Berater hinrichten lieszlig erschien ein Komet 15 Jahrhundert vor Christus (China)
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Christoph Scheiner 1613
Galilei 1612 galileioriceedu
Weiszliglicht-Flare in solarem Aktivitaumltsgebiet Richard C Carrington 1860
Solar White Light Flare SOHOMDI 070322 Hinode SOT G NASA
Solar White Light Flare SOHOMDI Hinode SOT G NASA
First observation of a halo coronal mass ejection on 30 August 1979 Skylab
Einblattdrucke einer Kometenerscheinung 1687
Als der Koumlnig seine getreuen Berater hinrichten lieszlig erschien ein Komet 15 Jahrhundert vor Christus (China)
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Galilei 1612 galileioriceedu
Weiszliglicht-Flare in solarem Aktivitaumltsgebiet Richard C Carrington 1860
Solar White Light Flare SOHOMDI 070322 Hinode SOT G NASA
Solar White Light Flare SOHOMDI Hinode SOT G NASA
First observation of a halo coronal mass ejection on 30 August 1979 Skylab
Einblattdrucke einer Kometenerscheinung 1687
Als der Koumlnig seine getreuen Berater hinrichten lieszlig erschien ein Komet 15 Jahrhundert vor Christus (China)
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Weiszliglicht-Flare in solarem Aktivitaumltsgebiet Richard C Carrington 1860
Solar White Light Flare SOHOMDI 070322 Hinode SOT G NASA
Solar White Light Flare SOHOMDI Hinode SOT G NASA
First observation of a halo coronal mass ejection on 30 August 1979 Skylab
Einblattdrucke einer Kometenerscheinung 1687
Als der Koumlnig seine getreuen Berater hinrichten lieszlig erschien ein Komet 15 Jahrhundert vor Christus (China)
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Solar White Light Flare SOHOMDI 070322 Hinode SOT G NASA
Solar White Light Flare SOHOMDI Hinode SOT G NASA
First observation of a halo coronal mass ejection on 30 August 1979 Skylab
Einblattdrucke einer Kometenerscheinung 1687
Als der Koumlnig seine getreuen Berater hinrichten lieszlig erschien ein Komet 15 Jahrhundert vor Christus (China)
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Solar White Light Flare SOHOMDI Hinode SOT G NASA
First observation of a halo coronal mass ejection on 30 August 1979 Skylab
Einblattdrucke einer Kometenerscheinung 1687
Als der Koumlnig seine getreuen Berater hinrichten lieszlig erschien ein Komet 15 Jahrhundert vor Christus (China)
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
First observation of a halo coronal mass ejection on 30 August 1979 Skylab
Einblattdrucke einer Kometenerscheinung 1687
Als der Koumlnig seine getreuen Berater hinrichten lieszlig erschien ein Komet 15 Jahrhundert vor Christus (China)
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Einblattdrucke einer Kometenerscheinung 1687
Als der Koumlnig seine getreuen Berater hinrichten lieszlig erschien ein Komet 15 Jahrhundert vor Christus (China)
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Bayeux Tapestry um 1070
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Halleys Comet NASA
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Space observation of solar wind
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Cro-Magnon cave-paintings macaronis may be earliest depiction of aurora (30000 BC) NASA
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Polarlichter uumlber Nuumlrnberg 28121560
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
De magnete magneticisque corporibus William Gilbert
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
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William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetisiertes Terella-Experiment Kristian Birkeland 1913
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
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William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
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William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
The Planeterrella - Polar Light Simulation University of Leicester Physics amp Astronomy department
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Auroral lights above the south Pole NASAUC Berkeley
Erstmalige Entdeckung von Polarlichtern auf der Suumldhalbkugel durch Seefahrer im 18 Jahrhundert
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
bdquoTo Be Or Not To Beldquo
William Shakespeare (1564 ndash 1616)
bdquoTo B Or Not To B ldquo
Virginia Trimble 2001
119861 Vektor der magnetischen Flussdichte
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Jemand der etwas uumlber Astrophysik weiszlig der weiszlig auch dass magnetische Felder damit nichts zu tun haben
Herausgeber des Astrophysical Journal 1951
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
AH
119916 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119916 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss e des elektrischen Feldes durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AH ist uumlber den Kehrwert der elektrischen Feldkonstante 1205760 zu jedem Zeitpunkt 119905 stets direkt proportional zur Ladung Q(V)innerhalb des umschlossenen Volumens V 120588e 119961 119905 elektrische Ladungsdichte
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr elektrische Felder
e =
AH
119916 119961 119905 d119912 =1
1205760∙ Q V =
1
1205760∙ ම
V
120588e 119961 119905 dV
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
AH
119913 119961 119905 d119912 =ම
V
nabla ∙ 119913 119961 119905 dV Gauszligacutescher Integralsatz
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Johann Carl Friedrich Gauszlig (1777-1855)
Der Fluss m des magnetischen Flussdichtenvektors 119913 119961 119905 durch geschlossene Huumlllenflaumlchen AHverschwindet grundsaumltzlich
Das Gauszligacutesche Gesetz fuumlr magnetische Felder
m =
AH
119913 119961 119905 d119912 = 0
nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
ර
L
119913(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119913 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hans Christian Oslashrsted (1777-1851) Andreacute-Marie Ampegravere (1775-1836) Jean-Baptiste Biot (1774-1862) Feacutelix Savart (1791-1841)
Das Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
Die Werte der Randintegrale m in Feldern der magnetischen Flussdichte 119913 entlang geschlossener Randlinien L um Flaumlchen A sind uumlber die magnetische Feldkonstante 1205830 proportional zu den durch die Flaumlche flieszligenden Stroumlme I Ԧ119947 119961 119905 elektrische Stromdichte
m = ර
L
119913(119961 119905)d119956 = 1205830 ∙ I = 1205830 ∙ ඵ
A
Ԧ119947 119961 119905 d119912
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ Ԧ119947 119961 119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
ර
L
119916(119961 119905)d119956 = ඵ
119860
൫nabla times 119916 119961 119905 d119912 Stokesacutescher Integralsatz
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Das Faradayacutesche Induktionsgesetz
Das Ergebnis e der Integration elektrischer Felder 119916 entlang geschlossener Randlinien L einer Flaumlche A stimmt mit der negativen zeitlichen Aumlnderung des Flusses m magnetischer Felder der
Flussdichte 119913 durch diese Flaumlche uumlberein
e = ර
L
119916(119961 119905)d119956 = minusඵ
A
120597119913 119961 119905
120597119905d119912 = minus
120597m
120597119905
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
Michael Faraday (1791-1855) Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865)
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Veraumlnderungen der Nabla-Operator sowie der Gradient skalarer Felder
d119866 119961 = d119866 1199091 1199092 1199093 =120597119866
1205971199091∙ d1199091 +
120597119866
1205971199092∙ d1199092 +
120597119866
1205971199093∙ d1199093
ൗ120513hellip = (120597hellip 1205971199091 Τ120597hellip 1205971199092 Τ120597hellip 1205971199093) =
120597 hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091120597hellip
1205971199091
Veraumlnderungen skalarer Feldgroumlszlige 119866 1199091 1199092 1199093
Definition des Nabla-Vektoroperators
d119866 119961 ==
120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091120597119866 119961
1205971199091
∙
d1199091d1199092d1199093
= 120513119866 119961 ∙ d119961 equiv grad119866 119961 ∙ d119961 =
Eigenschaften des Gradienten eines skalaren Feldes
1 Der Gradient steht senkrecht auf Niveauflaumlchen des Skalarfeldes in einem Punkt P2 Sein Betrag des Gradienten gibt die groumlszligte Aumlnderungsrate des Skalarfeldes im Punkt P an
= nabla119866 119961 ∙ d119961 = nabla119866 119961 ∙ d119961 ∙ cos120593 120593 Winkel zwischen nabla119866 119961 und d119961
bull Bewegung auf Niveauflaumlchen d119866 119961 = 0cos120593 = 0120593 = 90deg
bull Veraumlnderung d119878 119961 maximal fuumlr cos120593 = 1 also fuumlr 120593 = 0deg also wenn d119961 ǁ nabla119866 119961
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Vektorfluss Divergenz eines Vektorfeldes und der Gauszligacutesche Integralsatz
Fluss eines Vektorfeldes 119915 119961 durch die umhuumlllende geschlossene Oberflaumlche AH eines Volumens V
H =
AH
119915 119961 d119912 (Huumlllenintegral)
Definition der Divergenz (Quellenergiebigkeit) eines Vektorfeldes 119915 119961
div 119928 119961 = lim∆Vrarr0
AHװ119928 119961 d119912
∆V= nabla ∙ 119876( Ԧ119909)
Gauszligacutescher Integralsatz
ම
V
nabla ∙ 119928 119961 dV =
AH
119928 119961 d119912
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Umlaufintegral und Rotation eines Vektorfeldes der Stokesacutesche Integralsatz
Geschlossenes Umlaufintegral eines Vektorfeldes 119929 119961 um eine Flaumlche A
U = ර
L
119929(119961)d119956
Definition der Rotation (Wirbelstaumlrke) eines Vektorfeldes 119929 119961
Stokesacutescher Integralsatz
1199510 ∙ rot 119929 119961 = lim∆Ararr0
Lׯ 119929 119961 d119956
∆A rot 119929 119961 = nabla ∙ 119929(119961)
ඵ
A
nabla times 119929 119961 d119912 =ර
L
119929 119961 d119956
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
James Clerk Maxwell (1831-1879)
120513 times 119916 119961 119905 = minus120597119913 119961 119905
120597119905
nabla ∙ 119916 119961 119905 Τ= 120588e 119961 119905 1205760 nabla ∙ 119913 119961 119905 = 0
120513 times 119913 119961 119905 = 1205830 ∙ (Ԧ119947 119961 119905 +1205760 ∙120597119916 119961 119905
120597119905)
Verschiebungsstromdichte
12058301205760 = Τ1 1198882
Die Maxwellacuteschen Gleichungen
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Werner von Siemens 1885 Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Erfindung der selbsterregten Dynamomaschine
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum MuumlnchenU v Kusserow
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119916 + 119959 times 119913 = 119954 ∙ 119916 + Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Hendrik Antoon Lorentz (1853 -1928)
Die magnetische Lorentzkraft
Auf ein mit der Geschwindigkeit 119959 im Magnetfeld der magnetischen Flussdichte 119913 bewegtes Teilchen
mit der elektrischen Ladung 119954 wirkt die magnetische Lorentzkraft 119917L Ԧ119947= 119954 ∙ 119959
119917L = 119954 ∙ 119959 times 119913 = Ԧ119947 times 119913
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =120513 times 119913
1205830
119917L =120513times119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
Ampegravereacutesches Durchflutungsgesetz
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetischer Druck und magnetische Spannung
119917L =120513 times 119913
1205830times 119913 =
1
1205830119913 ∙ 120513 119913 minus 120513
119913120784
21205830
magnetische Spannung
magnetischer Druck
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) ist bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
R =U
I
Spannung----------------Stromstaumlrke
Widerstand
I
UR
Georg Simon Ohm (1789-1854)
Das Ohmacutesche Gesetz
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905) bezuumlglich eines
ruhenden Leitersystems proportional zur elektrischen Feldstaumlrke 119916(119961 119905)
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916
Die elektrische Stromdichte Ԧ119947 119961 119905 in einem mit der Geschwindigkeit 119959 in einem Magnetfeld der
Flussdichte 119913 stroumlmenden elektrisch leitfaumlhigen Fluid ist uumlber die elektrische Leitfaumlhigkeit 120590(119961 119905)bezuumlglich eines ruhenden Bezugssystem proportional zur Summe aus der elektrischen Feldstaumlrke
119916(119961 119905) und dem Kreuzprodukt 119959 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Plasmamaterie im Magnetfeld U v KusserowIrving Langmuir (1881-1957
Einfuumlhrung des Plasmabegriffs
1920er Jahre
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetohydrodynamik und das Plasmauniversum
Hannes Olof Goumlsta Alfveacuten (1908-1995)
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Walter Maurice Elsasser (1904-1991)
Modellierung der Dynamoprozesse
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Walter Maurice Elsasser (1904-1991) Eugene Newman Parker
Modellierung der Dynamoprozesse
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Modellierung des Biermann-Batterie Effekts U v Kusserow
Erzeugung magnetischer Saatfelder
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Ludwig Franz Benedikt Biermann (1907-1986) Komet Hyakutake Hans Leue Olbers-Gesellschaft e V Bremen
Modellierung der Kometenschweifentstehung
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Animation showing the Suns corona and solar wind NASAGSFC Lisa Poje
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Eugene Newman Parker
Modellierung des Sonnenwindes
Ballerina-Modell der heliosphaumlrischen elektrischen Stromschichten Werner Heil
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Umwandlung poloidaler und toroidaler Magnetfeldkomponenten in Dynamoprozessen U v Kusserow
Zyklonisch erfolgende Umwandlung toroidaler in poloidale Magnetfeldkomponenten E N Parker 1955
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Herleitung der Induktionsgleichung fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
120597119913
120597119905= minus120513 times 119916
nabla ∙ 119913 = 0
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913
1 Faradayacutesche Induktionsgleichung
2 Ohmacutesches Gesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times (
1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913)(
3 Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
120597119913
120597119905= minus120513 times
1
120590 ∙ 1205830∙ 120513 times 119913 + 120513 times 119959 times 119913
4 Gauszligacutesches Gesetz =1
120590 ∙ 1205830= konst
120513 times 119959 times 119913 + ∙ 120513120784 119913120597119913
120597119905=
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Dynamogleichung mittlerer Felder fuumlr einkomponentige leitfaumlhige Fluide
Max Christian Theodor Steenbeck (1904-1981)
ۦ 119959 ൻ ൿ119913gemittelte Groumlszligen fluktuierende Groumlszligen 119959 119913
120513times 119959 times 119913 + 120513 times 120630 ∙ 119913 + (+ turb) ∙ 120513120784 119913
120597119913
120597119905=
120513 times ۦ 119959 times ൻ ൿ119913 + ർ 119959 times 119913 + ∙ 120513120784ൻ ൿ119913120597ൻ ൿ119913
120597119905=
nicht spiegelsymmetrische Turbulenz hellip
119959 = ۦ 119959 + 119959 119913 = ൻ ൿ119913 + 119913
Osborn Reynolds Steenbeck (1842-1912)
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v KusserowU v Kusserow
Plasma Flows drive Solar Dynamo Processes SDONASA
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v Kusserow
A Brandenburg Nordita
-Effekt
-Effekt
-Effekt
-Effekt
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v KusserowU v Kusserow
Solar DynamoEvolution of Poloidal and Toroidal Magnetic Fields
NASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
Solar Dynamo Plasma FlowsNASA SVS CI Lab and Goddard Media Studios
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v KusserowU v Kusserow
David H HathawayNASAARC
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
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Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v KusserowU v Kusserow
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v Kusserow
U v Kusserow
Magnetische Flusswanderung SDOHMI NASA (Bearbeitung U v Kusserow)
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v KusserowU v Kusserow
Solar Magnetograms David H HathawayNASA
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
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Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Dynamomaschine 1867Deutsches Museum Muumlnchen
Dynamo Processes in the Earth Interior United States Geological Survey Joseph Larmor The London Mathematical Society 1919
Dynamogenerierung des Erdmagnetfeldes
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v KusserowU v KusserowJulien Aubert et al
U v Kusserow
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
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staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v KusserowEugene N Parker Karl-Heinz Raumldler Axel Brandenburg Nordita Stockholm
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Ronald Giovanelli (1915-1984) Source Jack Piddington Jim Dungey (1923-2015) Source Q Stanley
Pioniere der magnetischen Rekonnexionsforschung
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
magnetische Permeabilitaumlt
=1
1205830 ∙ 120590magnetische Diffusivitaumlt
1205830
120590 elektrische Leifaumlhigkeit
U v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861
U v Kusserow
120590rarrinfin =1
1205830∙120590rarr0
119906119899119889 2 119861 119904119890ℎ119903 119896119897119890119894119899
Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetischer
Dissipationsterm
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Advektionsterm Magnetische
Rekonnexion
U v Kusserow
120590 119890119899119889119897119894119888ℎ =1
1205830∙120590ne 0
119906119899119889 2 119861 119899119894119888ℎ119905 119896119897119890119894119899
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
Ԧ119895 =1
1205830 times 119861
Ampegravereacutesches Gesetz
Ausbildung elektrischer Stromschichten
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
Aufheizung des Plasmas Zunahme des elektrischer Widerstandes Verringerung der elektrischen Leitfaumlhigkeit
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
=1
1205830 ∙ 120590ne 0 nabla2119861 ne 0
staumlrkere Einflussnahme des Dissipationssterms
∙ nabla2119861 ≫0
bull Diffusion magnetischer Feldkomponenten
bull Entkoppelung von Materie und Magnetfeldern
bull Dissipation magnetischer Energien
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
httpscommonswikimediaorgwikiFileReconnectiongif
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
120597 119861
120597 119905= times Ԧ119907 times 119861 + ∙ 2 119861
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
bull lokale magnetische Nullpunktebull elektrische Stromschichten
bull Aumlnderungen (auch globaler) magnetischer Topologienbull erneute bdquoEingefrorenheitldquo seitwaumlrts austretender magnetischer Feldstrukturen
bull groszlige magnetische Spannungenbull Erzeugung elektrischer Felder
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
Erzeugung elektrischer Felder
120513 times 119913 = 1205830 ∙ Ԧ119947 Ԧ119947 =1
1205830∙ 120513 times 119913
Ԧ119947 = 120590 ∙ 119916 + 119959 times 119913 119916 =1
120590∙ Ԧ119947 minus 119959 times 119913 Ohmacutesches Gesetz
Ampegravereacutesche Durchflutungsgesetz
119916 =1
1205830∙120590∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913 = ∙ 120513 times 119913 minus 119959 times 119913
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
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Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Magnetische Rekonnexion
Modellexperiment zur magnetischen Rekonnexion U v Kusserow
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Modellvorstellungen zur magnetischen RekonnexionU v Kusserow
Magnetische Rekonnexion
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Entwicklung neuer Rekonnexionstheorien
(1) fraktale und turbulente magnetische Rekonnexion
(2) Separate Betrachtung der Ionen und Elektronen in Multifluid-Modellen
(3) kollisionsbehaftete kollisionsfreie Plasmen Dissipationsprozesse durch magnetische
Rekonnexion
(4) 2 D 3 D Faumlcher- Grat- Separator- und Quasi- Separatrix Rekonnexion
(5) intermittente Energiedissipation in Verwirbelungen auf kinetischen Skalen
(6) kettenreaktionsartig ablaufende sich chaotisch und wellenartig ausbreitende Rekonnexion
(7) nicht relativistisch relativistische Rekonnexion Beschleunigungsprozesse
hellip mit Hilfe von Messreihen Ergebnissen numerischer hellip
Simulationen und Laborexperimente
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Indizien fuumlr den Einfluss magnetischer Rekonnexion
Intuitives Erkennen
anhand von Beobachtungen
Plausible Annahmen
Anhand theoretischer Uumlberlegungen
Theorienentwicklung
Modellierung
Analytische
ModellrechnungenNumerische
Simulationsrechnungen
Laborexperimente
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Kosmische Magnetfelder (1) hellip
bull bewirken die Aufheizung der Sonnenatmosphaumlre die Beschleunigung des Sonnenwindes das
Einsetzen solarer Flares der Eruptionen von Protuberanzen und Koronale Masseauswuumlrfebull bestimmen das Weltraumwetter nicht nur in unserem Sonnensystembull beeinflussen die Entwicklung kometarer Strukturphaumlnomene loumlsen Kometenkopf- und
Kometenschweifabrisse ausbull schuumltzen planetare Atmosphaumlren vor einem allzu starken Materieabtrieb sowie dem Einfall
kosmischer Strahlungbull bestimmen die Entwicklung erdmagnetischer Stuumlrme und von Polarlichterscheinungen in den
Ionosphaumlren der Erde sowie der Gas- und Eisplanetenbull beeinflussen die Entwicklung unterschiedlichster Turbulenzphaumlnomene in interplanetaren
interstellaren und intergalaktischen Raumlumen entscheidend mitbull werden ruumlckwirkend in Turbulenzfeldern von Schockfronten (durch Bell- und andere Instabilitaumlten)
verstaumlrkt durch kleinskalige (turbulente) bzw groszligskalige Dynamoprozesse (mittlerer Felder)
regeneriertbull werden in Dissipationsprozessen geschwaumlcht und abgebaut in magnetischen Rekonnexionspro-
zessen topologisch umstrukturiertbull foumlrdern bzw behindern den Transport von Materie Impuls Drehimpuls und Energie im Kosmosbull erfahren einen Auftrieb aufgrund einsetzender Parker-Instabilitaumltenbull unterstuumltzen die Ausbildung filamentartig geformter kosmischer Objekte sowie spiralfoumlrmiger
(z B protostellarer und galaktischer) Scheibenstrukturen
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Kosmische Magnetfelder (2) hellip
bull vermitteln (aufgrund einsetzender Magnetorotationsinstabilitaumlten) bzw moderieren (aufgrund
ambipolarer Diffusions-prozesse) die Materieakkretion in kosmischen Scheibenstrukturenbull treiben beschleunigen lenken und buumlndeln unterschiedliche Typen von (zentrifugal- durch
magnetischen Druck oder durch magnetische Rekonnexionsprozesse getriebenen) Materiewinden
in kosmischen (protostellaren galaktischen in massereicheren alten Stern- oder Doppelstern-
systemen) Scheibe-Jetsystemen um kompakte Zentralobjektebull koumlnnen groszlige Energiemengen speichernbull ermoumlglichen die Aufheizung der Materie durch magnetische Wellen- und Rekonnexionsprozesse
bull lenken und beschleunigen die Stroumlmung kosmische Partikel und ermoumlglichen deren Einkapselung
in groszligraumlumigen Feldstrukturen bull bestimmen die besonders dynamischen Entwicklungen innerhalb bzw im Umfeld kompakter und
massereicher kosmischer Zentralobjektebjekte (Weiszlige Zwerge Neutronensterne Schwarze
Loumlchern und Aktive Galaxienkerne) entscheidend mitbull nehmen wichtigen Einfluss bei der Ausloumlsung und auf die Entwicklung von Supernovae und
Gammastrahlenausbruumlchenbull muumlssen anfangs (primordial) in batteriegetriebenen elektrischen Stroumlmen erzeugt worden sein
bull muumlssen wesentlich Einfluss auf die gesamte (auch fruumlhe) kosmologische Entwicklung des
Universums genommen habenbull bestimmen die Entwicklung des Klimas und des Lebens in habitablen Lebensraumlumen unseres
Universums entscheidend mit
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
U v Kusserow
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik
Zur Geschichte kosmischer Magnetfelder im entfernten Universum
1814 Der deutsche Optiker und Physiker Joseph FRAUNHOFER (1787-1826) entdeckt die
nach ihm benannten Linien im Sonnenspektrum1845 Michael FARADAY (1791-1867) entdeckt den nach ihm benannten magnetooptischen
Effekt der die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten
elektromagnetischen Welle beim Durchlauf durch ein magnetisiertes Medium
beschreibt in dem das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle
ausgerichtet ist1852 Der irische Physiker und Mathematiker Physiker George Gabriel STOKES (1819-1903)
definiert die nach ihm benannten vier Parameter die den Polarisationszustand
elektromagnetischer Strahlung beschreiben1862 James Clerk MAXWELL (1831-1879) setzt sich mit der Drehung der Ebene der
Polarisation von Licht in einem Magnetfeld auseinander1888 Der deutsche Physiker Heinrich Rudolph HERTZ (1857-1894) macht die Entdeckung
dass sich Mikrowellen- und Radiostrahlung wie sichtbares Licht polarisieren laumlsst
1896 Der hollaumlndische Physiker Pieter ZEEMAN (1865-1943) weist den nach ihm benannten
Effekt experimentell nach der die in systematischer Weise proportional zur Groumlszlige
der magnetischen Flussdichte erfolgende Staumlrke der Aufspaltung magnetisch
sensibler insbesondere auch durch unterschiedliche Polarisierung gekennzeichneter
Spektrallinien in Magnetfeldern bezeichnet 1937 Der schwedische Plasmaphysiker Hannes Olof Goumlsta ALFVEacuteN (1908-1995) unterstellt
die generelle Existenz von Magnetfeldern in Sternen und dem dazwischenliegenden
interstellaren Medium1944 Die sowjetischen theoretischen Physiker Dmitri Dmitrijewitsch IWANENKO (1904-1994)
und Isaak Jakowlewitsch POMERANTSCHUK (1913-1966) postulieren die Existenz der
Synchrotronstrahlung die tangential zur Bewegungsrichtung geladener
insbesondere in Magnetfeldern beschleunigter Teilchen abgestrahlt wird1946 Erster experimenteller Nachweis der Synchrotonstrahlung in einem zyklischen
Synchrotron-Teilchenbeschleuniger
Der deutsche Astrophysiker Karl-Otto KIEPENHEUER (1910-1975) diskutiert die
Emission von Radiowellen ausgehend von beschleunigten Elektronen in
Magnetfeldern1947 Der amerikanische Astronom Horace Welcome BABCOCK (1912-2003) entdeckt das
Magnetfeld des schnell rotierenden chemisch eigenartigen Ap-Sterns 78 Virginis im
Sternbild Jungfrau1948 Horace Welcome BABCOCK schlaumlgt vor dass magnetische variable Sterne Quelle
kosmischer Partikelstrahlung sein koumlnnte1949 Der ungarisch-amerikanische theoretische Physiker Edward TELLER (1908-2003
entwickelt eine erste Theorie zum interstellaren Magnetismus
Der amerikanische theoretische Physiker Julian Seymour SCHWINGER (1918-1994) und
bereits ein Jahr vor ihm F R ELDER bezeichnen die von Elektronen im Magnetfeld
ausgesandte polarisierte Strahlung als Synchrotronstrahlung
Erste Beobachtung der optischen Polarisation kosmischer elektromagnetischer
Strahlung
Der italienisch-amerikanische Physiker Enrico FERMI (1901-1954) schlaumlgt vor dass die
gesamte Milchstraszlige mit kosmischer Strahlung gefuumlllt ist und dass hier groszligskalige
magnetische Felder existieren
1950 Entwicklung der Idee dass die Einflussnahme kosmischer Magnetfelder fuumlr die
Erzeugung hochenergetischer kosmischer Partikelstrahlung und zu deren
Einkapselung in unserer Galaxie erforderlich ist
Leverett DAVIS (1914-2003) und Jesse Leonard GREENSTEIN (1909-2002) begruumlnden
den nach ihnen benannten Effekt wonach die Polarisation optischer und
infraroter Emission aus dem Weltall durch laumlngliche Staubkoumlrner verursacht
werden kann die sich in magnetischen Feldern ausrichten
Der japanische Physiker Yataro SEKIDO und Mitarbeiter identifizieren the
Krebsnebel als Quelle kosmischer Strahlung 1953 Der indisch-amerikanische Astrophysiker Subrahmanyan CHANDRASEKHAR (1910-
1995) entwickelt eine Theorie zum galaktischen Magnetismus
Der sowjetische Astrophysiker Iosif Samuilovich SHKLOVSKY (1916-1985) schlaumlgt vor
dass die vom Krebsnebel im Optischen und Radiobereich ausgesandte Strahlung
die von relativistischen Elektronen im Magnetfeld ausgesandte
Synchrotronstrahlung darstellt1954 Nachweis der linearen Polarisation des vom Krebsnebel im Optischen
ausgesandten Lichts durch den sowjetischen Astronomen V A DOMBROWSKI
1956 Der russische Astronom Grigory Abramovich SHAJN (1892-1956) schlieszligt aus der
auffallenden Elongation diffuser Nebel entlang der galaktischen Ebene auf die
Einflussnahme eines groszligskaligen interstellaren magnetischen Feldes1950er
Jahre
Horace Welcome BABCOCK baut Magnetometer zur Vermessung stellarer
Magnetfelder die nur ein Zehntel so stark sind wie die in Sonnenflecken1960 Horace Welcome BABCOCK misst das 34 kG Magnetfeld des Ap-Sterns HD 215441
1961 Horace Welcome BABCOCK entwickelt das nach ihm und dem amerikanischen
Experimentalphysiker Robert Benjamin LEIGHTON (1919-1997) benannte
Modellszenario zur Erklaumlrung des magnetischen solaren Aktivitaumltszyklusses1962 Nachweis der linearen Polarisation der von der Milchstraszlige ausgesandten
Radiostrahlung durch den hollaumlndisch-amerikanischen Astronomen Gart
WESTERHOUT (1927-2012) sowie den in Polen geborenen amerikanische
Radioastronom Richard WIELEBINSKI
Nachweis der Polarisation der Cygnus A Radiostrahlung
Entdeckung der Drehung des Polarisationswinkels (Faraday Effekt) linear
polarisierter Radioemissionen der aktiven Centaurus A Galaxie1964 Dave MORRIS und B L BERGE fuumlhren die ersten Messungen der Faraday-Rotation
der von extragalaktischen Radioquellen ausgehenden polarisierten Strahlung
durch1967 Die nordirische Astrophysikerin Susan Jocelyn BELL BURNELL und der britische
Radioastronom Antony HEWISH entdecken den ersten Radiopulsar PSR B1919+21
Der deutsche Astrophysiker Joachim Ernst TRUumlMPER misst erstmals das Magnetfeld
eines Neutronensterns (4 ∙ 1012G = 4 ∙ 108T) nach Entdeckung der
Zyklotronresonanz im Spektrum von Hercules X-1 1968 Der in Suumldafrika geborene amerikanische Radioastronom Gerrit L VERSCHUUR weist
zum ersten Mal eine Zeeman-Aufspaltung in Wolken mit neutralem Wasserstoff
nach
Entdeckung des Krebspulsars im Zentrum des Krebsnebels eines Supernova-
Uumlberrests 1971 Eugene N PARKER entwickelt das erste Modell fuumlr einen galaktischen Dynamo1978 Erste Entdeckung polarisierter Radioemission von einer externen Spiralgalaxie
(M31) durch den deutschen Radioastronomen Rainer BECK
1999 Der italienische Astrophysiker Roberto FUSCO-FEMIANO und sein Team weisen die
Existenz 015μG starker intergalaktischer Magnetfelder im des Halos des Coma-
Galaxienhaufens nach2007 Durch Vermessung der Synchrotronstrahlung gelingt dem kanadischen
Radiophysiker Philipp KRONBERG und seinem Team die Bestimmung einer
Magnetfeldstaumlrke von etwa 035μG innerhalb des Coma-Galaxiensuperhaufens
1951
Sonnenfleck mit Zeeman-Aufspaltung im Spektrum NSOAURANSF
Krebspulsar Roumlntgen NASACXCSAO Optisch NASASTScI Infrarot NASA-JPL-Caltech
Magnetfeldstrukturen der Giraffen-Spiralgalaxie R Beck (MPIfR Bonn) u aSuW-Grafik