Magnetohydrodynamic Simulations of the Solar Atmosphere

Mit Hilfe numerischer Simulationen möchten wir (1) verstehen lernen, wie die Wirbelströmungen entstehen, welche in den chromsphärischen Schichten der Sonnenatmosphäre beobachtet werden. Da offenbar Masse und Energie in solchen Wirbeln in die höheren Schichten der Sonnenatmosphäre transportiert werden, ist deren Verständnis von grossem Interesse. Im Zusammenhang mit einem Beobachtungsvorschlag für das neue 4-m Sonnenteleskop DKIST beabsichtigen wir, (2) hochaufgelöste Simulationen von Sonnenfackeln auszuführen. Wir hoffen, beobachtbare Effekte der Konversion von langsamen in schnelle magnethydrodynamische Wellen voraussagen und für die Beobachtung nutzbar machen zu können. Wir werden (3) Simulationen mit einem anfänglich schwachen Magnetfeld (Saatfeld) ausführen, um herauszufinden, ob sich dieses Feld an der Sonnenoberfläche mittels eines Dynamoeffekts selbst verstärken kann. Auf Grund der Simulationsdaten produzieren wir (4) zweidimensionale Karten von Polarisationsmessgrössen, die wir direkt und quantitativ mit Beobachtungen vergleichen können, um letztere richtig zu interpretieren. Für die Weiterentwicklung unserer Simulationssoftware beabsichtigen wir die Nutzbarmachung einer universellen Simulationsumgebung mit aufgabenbasierter Parallelisierung. Mit dem 4-m DKIST Sonnenteleskop und dem Weltraumobservatorium 'Solar Orbiter' beginnt ab 2020 für die Sonnenphysik eine neue, vielversprechende Ära. Das vorliegende Forschungsvorhaben ist relevant für verschiedene Gebiete der Sonnen- und Sternphysik, für Benutzer der von uns verwendeten Simulationssoftware, sowie für die rechnergestützte Astrophysik im Allgemeinen. Wir planen, unsere Simulationsdaten und Anwendungsprogramme universell verfügbar zu machen.