Forschung im HLRN-Verbund 2011

193Abbildung 1: Die Ergebnisse einer Simulation der Plasmaumgebung von Churyumov-Gerasimenko bei einer Entfernungvon 1,3 AE. Die Abbildungen zeigen zum Einen die Stärke des Magnetfeldes (links) und zumAnderen die Teilchendichte (rechts). Der Sonnenwind strömt von links in die Simulationsbox und istzunächst ungestört. Allerdings nimmt der Einfluss der kometaren Ionen zum Nukleus (nicht sichtbar,in der Bildmitte) hin stetig zu und es kommt zu einer Bugstoßwelle. Diese parabelförmige Struktur istsowohl im Magnetfeld als auch in der Teilchendichte durch den sprunghaften Anstieg zu erkennen.Neben zahlreichen anderen Strukturen ist auch zu erkennen, dass sich ein Schweif ausbildet, dervon der Sonne weg gerichtet ist. Dies ist der Plasmaschweif.Gitterknoten berechnet und die Felder für die Berechnungender Kraft auf die Teilchen interpoliert.Ein großes Problem bei der Simulation derWechselwirkung sind die unterschiedlichen Skalen,auf denen Grenzschichten und Strukturen auftreten.Einerseits ist das zu betrachtende Gebietriesig: mehrere Millionen Kilometer. Andererseitswird sich die ROSETTA Sonde in einer Entfernungvon nur einigen 10 Kilometern zum Kometenkernbewegen. Somit ist es notwendig und besonderswichtig, dass die Strukturen in dieser Region durchdie Simulationen aufgelöst werden.Frühere Hybridsimulationen [2] erreichten nur eineräumliche Auflösung von etwa 100km. Sie konntensomit die kleinen Strukturen in der Nähe desNukleus nicht darstellen. Die Weiterentwicklungdes Simulationsprogrammes benutzt nun ein adaptivesGitter, das eine deutlich bessere Auflösungin der Nähe des Nukleus als am Rand der Simulationsboxermöglicht.Durch diese Weiterentwicklung und die Rechenkapazitätenauf dem HLRN sind wir nun erstmals inder Lage mit einer Hybridsimulation die diamagnetischeKavität räumlich aufzulösen. Diese Strukturzeichnet sich durch einen sehr starken Abfall derMagnetfeldstärke in der Nähe des Nukleus aus. Erkennenlässt sich diese auch im linken Teil von Abbildung1 in der Bildmitte, wo die Magnetfeldstärkeauf etwa 0nT abfällt.Die Simulationen aus diesem Projekt werdenhelfen einige offene Fragen zur Wechselwirkung zubeantworten und somit die ROSETTA Mission voranbringen.Mehr zum Thema1. Bagdonat, T. und Motschmann, U.:3D Hybrid SimulationCode Using Curvilinear Coordinates:Journal of Computational Physics, 183:470-485: doi:10.1006/jcph.2002.7203.2. Bagdonat, T. und Motschmann, U.:From a Weakto a Strong Comet - 3d Global Hybrid SimulationStudies: Earth Moon and Planets, 90:305-321:doi:10.1023/A:1021578232282FörderungDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)Physik