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The spatial distribution of charged dust particles in the outer solar system
Stefanie Reiter
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Christoph Lhotka
DOI
10.25365/thesis.70624
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11236.56854.561149-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Studie der grundlegenden Effekte des interplanetaren Magnetfelds auf die Inklination eines geladenen Staubteilchens in 1:1 Resonanz mit Jupiter. Um im Speziellen die säkulare Entwicklung der geladenen µm-großen Teilchen in ko-orbitaler Bewegung mit Jupiter zu untersuchen, wurde ein semi-analytisches Modell entwickelt mit Fokus auf die Entwicklung der Inklination und der Länge des aufsteigenden Knotens. Diese Bahnelemente werden am stärksten von der Lorentz-Kraft, die aufgrund des Magnetfelds auf die geladenen Körper wirkt, beeinflusst. Mithilfe der Gaussgleichungen war es möglich, die Bewegungsgleichungen der Bahnelemente auf die dynamisch relevanten Terme zur Beschreibung der Langzeitentwicklung des Orbits zu reduzieren. Dazu wurden Methoden der Reihenentwicklung und der zeitlichen Mittelung verwendet. Zusätzlich wurden die Bewegungsgleichungen in der Newton-Darstellung verwendet, um numerisch die vollständige Dynamik der Staubteilchen zu berechnen. Das Modell reproduziert die Hauptcharakteristiken der Struktur im Parameterraum der Inklination und des aufsteigenden Knotens, insbesondere das Auftreten von sowohl Rotations- als auch Librationsbahnen. Über den kombinierten Effekt des Magnetfelds und des Jupiters kann gesagt werden, dass die Lorentz-Kraft den dominanten Einfluss in der Langzeitentwicklung der Orbitebene von µm-großen Teilchen angibt. Das im Zuge der Arbeit entwickelte semi-analytische Modell kann verwendet werden, um diese säkularen Effekte für verschiedene Teilcheneigenschaften zu untersuchen, wie die im Anschluss durchgeführte Parameterstudie zeigte.
Abstract
(Englisch)
The aim of this thesis is to study the primary effects of the interplanetary magnetic field on the orbital inclination of charged dust grains positioned in 1:1 mean motion resonance with Jupiter. In order to study the secular dynamics of charged, micron-sized dust grains in co-orbital motion with Jupiter, a semi-analytical model was developed, focusing on the evolution of the inclination and the longitude of the ascending node. These are the orbital elements most strongly affected by the Lorentz force, which acts on charged bodies due to the magnetic field. Using the Gauss equations, it was possible to reduce the equations of motion in the orbital elements to the dynamically relevant terms containing the long-term evolution of the orbit. Methods of series expansion and temporal averaging were used to determine these results and create the model. In addition, the Newton equations of motion were implemented to numerically compute the full dynamics of the particles. The model recreates the main features dominating the structure of the parameter space of the inclination and the ascending node, most specifically the existence of both rotational and librational orbits. As far as the combined effect of the magnetic field and the gravitational influence of Jupiter is concerned, we note that the Lorentz force is the dominating influence in the long-term evolution of the orbital plane of micron-sized dust grains. The semi-analytical model developed in this thesis can be used to analyse these secular effects for different particle properties, as the subsequently performed parameter study showed.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
dust dynamics interplanetary magnetic field solar system
Schlagwörter
(Deutsch)
Staubdynamik interplanetares Magnetfeld Sonnensystem
Autor*innen
Stefanie Reiter
Haupttitel (Englisch)
The spatial distribution of charged dust particles in the outer solar system
Paralleltitel (Deutsch)
Die räumliche Verteilung von geladenen Staubpartikeln im äußeren Sonnensystem
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
98 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christoph Lhotka
AC Nummer
AC16498184
Utheses ID
60898
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |