Satellitendatenanalyse
Die Arbeitsgruppe Satellitendatenanalyse untersucht die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ionosphäre in verschiedenen Höhenbereichen und für unterschiedliche Skalen. Ein Fokus liegt auf der Region wo die Erdatmosphäre in den Weltraum übergeht, zwischen 100 und 300 Kilometern. Wir werten Satelitttenbeobachtungen in niedrigen und sehr niedrigen Erdorbits (LEO und VLEO) aus und kombinieren sie mit bodengebundenen Messungen sowie Simulationsergebnissen. Eines unserer Hauptziele ist es, Variationen in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre (MLT) und deren Einfluss auf das Ionosphären-Thermosphären-System zu untersuchen. Zusätzlich analysieren wir wie kleine und regionale Störungen in der MLT die Variabilität der Ionosphäre beeinflussen. Neben der Weiterentwicklung empirischer Modelle des Ionosphäre-Thermosphäre (IT) Systems, ist die Arbeitsgruppe in wissenschaftliche Konsortien aktueller und geplanter LEO- und VLEO-Satellitenmissionen eingebunden.
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Forschungsschwerpunkte
Die Thermosphäre und Ionosphäre verändern sich nicht nur durch die aufgenommene Energie von der Sonne und der Magnetosphäre, sondern auch durch atmosphärische Wellen. Besonders interessant sind atmosphärische Wellen wie z.B. planetare Wellen, atmophärische Gezeiten, und Schwerewellen, die in der unteren Atmosphäre entstehen und die Mesosphäre und Thermosphäre erreichen bevor sie dort brechen. Diese Wellen erzeugen in der Ionosphäre elektromagnetische Felder und ionosphärische Ströme, die wiederum die Plasmaverteilung verändern. Einige dieser atmosphärischen Wellen dringen sogar bis in the obere Thermosphäre vor, wo sie direkt das IT-Systems beeinflussen. Um diese vertikalen Kopplungsprozesse zu untersuchen, werten wir atmosphärische Reanalyse-Daten sowie regionale bodengebundene und globale satellitengestützte Messungen mit modernen Analysemethoden aus.
Satellitenbeobachtungen zeigen, dass regionale ionosphärische Störungen wie zum Beispile am Äquator durch atmosphärische Wellen ausgelöst werden können, die ihren Ursprung in der unteren Atmosphäre haben. Um diese Ereignisse besser zu verstehen und zuverlässiger vorhersagen zu können, untersuchen wir mögliche Mechanismen, die zu Störungen in der Ionosphäre führen können. Wir analysieren dazu satellitengestützte Messungen zusammen mit bodengebundenen Beobachtungen. Basierend auf Langzeitbeobachtungen von LEO Satellitenmissionen wie CHAMP und Swarm, entwickeln wir statistische Modelle, die die Wahrscheinlichkeit von Plasmaunregelmäßigkeiten vorhersagen.
Die SAT-Gruppe arbeitet mit nationalen und internationalen Partnern daran, neue Missionskonzepte für sehr niedrige Erdumlaufbahnen (VLEO, 100–300 km) zu entwickeln. Diese Missionen sollen kontinuierlich in der weitgehend unerforschte Übergangsregion zwischen unserer Erdatmosphäre und dem Weltraum in-situ messen. Numerische Simulationen helfen dabei, Missionsprofile und Umlaufbahnen so zu optimieren, dass der wissenschaftliche Nutzen möglichst groß ist. Gemeinsam mit der Abteilung Optische Sondierungen und Höhenforschungsraketen des IAP entwickeln wir zudem Instrumentenkonzepte, die hochaufgelöste Messungen der Neutral- und Elektronendichte in der bislang kaum erforschten unteren Thermosphäre ermöglichen sollen.