De zonnewind begrijpen en modelleren: uitdagingen, beperkingen en oplossingen voor betere voorspellingen

Een van de grootste uitdagingen in het huidige ruimteweer-onderzoek is het voorspellen van de karakteristieken die de hoge snelheidswinden van de zonnewind hebben bij aankomst op de aarde (of op andere planeten) op basis van de eigenschappen van hun bron, de coronale gaten waargenomen bij de zon. De innovatieve simulatietool EUHFORIA (EUropean Heliospheric FORECasting Information Asset, Pomoell en Poedts, 2018) is een nieuw heliospheric 3D MHD-model dat is ontwikkeld om de zonnewind en coronale massa-ejecties (CME's) te simuleren. Het modelleert momenteel de aankomst van hogesnelheidsstromen (HSS) op de aarde met verschillende mate van succes, afhankelijk niet alleen van de gedetailleerde kenmerken van de HSS maar ook van de karakteristieken van de coronale gaten die zich bij de zon bevinden. Daarom is het van het grootste belang om de invloed te verduidelijken die de verschillende coronale gatkenmerken zullen hebben op de gemodelleerde zonnewind. Voor de doeleinden van de studie zullen we in situ zonnewindgegevens van het L1-punt (en van andere planeten) vergelijken met informatie van coronale gaten, verkregen met behulp van de CATCH-softwaretool (een coronal hole-analyse toolkit, aangeboden door de Universiteit van Graz ) en andere relevante gegevens verkregen door ruimtevaartuigen zoals SDO, SOHO, PROBA-2, STEREO evenals van de komende missies Solar Orbiter, Parker Solar Probe en PROBA-3. Op basis van de resultaten van deze studie zal EUHFORIA worden aangepast om de verschillende soorten coronale gaten en hun effecten op de snelle zonnewind weer te geven. Verder beïnvloeden de HSS en de achtergrondzonnewind de voortplanting van coronale massa-ejecties (CME's). Omdat CME's de belangrijkste oorzaak zijn van het ruimteweer op de aarde, is het modelleren van hun evolutie, verspreiding en impact van fundamenteel belang in ruimteweerwetenschap en -operaties. Om deze reden zal het tweede deel van het doctoraatsproject gewijd zijn aan het modelleren van CME's en hun invloed op de Aarde, Venus en Mars. Dit deel van het doctoraatsproject is complementair aan lopende PhD-projecten aan de KU Leuven en Koninklijke Sterrenwacht van België. Na de voltooide analyse van zonnewind en zonnecel-CME's worden voor het eerst sterren CME's in superflare-sterren gesimuleerd met behulp van EUHFORIA, wat het derde deel van het huidige PhD-project vormt. Het modelleren van stellaire CME's is van groot belang en noodzakelijk om de mogelijkheid te beoordelen van oppervlakte-, atmosfeerafhankelijke bewoonbaarheid in aardachtige planeten die liggen in de bewoonbare zones van superflare moedersterren. Over het geheel genomen zijn de uiteindelijke doelen van dit project om EUHFORIA onderscheidend te maken tussen de huidige ultramoderne MHD-heliospherische modellen door de modellering van de zonnewind te verbeteren en om ons begrip van de verspreiding van CME's, inclusief die van andere sterren, te vergroten . De wetenschappelijke impact van dit werk gaat over de correlatie van coronale gatparameters met zonnewindpropagatie, geen van de huidige ultramoderne MHD-heliospherische modellen omvat dit verfijningsniveau. Bovendien zal het werk worden uitgebreid naar stellaire CME-simulaties die valide schattingen zullen opleveren voor mogelijke oppervlakte-bewoonbaarheid van nieuw ontdekte planeten in verre extrasolaire planetaire systemen.