Modelování ionizované složky horní atmosféry Země a výpočet koncentrací hlavních iontů s pomocí dat družicového projektu COSMIC

• Název práce v češtině: Modelování ionizované složky horní atmosféry Země a výpočet koncentrací hlavních iontů s pomocí dat družicového projektu COSMIC
• Název v anglickém jazyce: Modeling of ionized part of the Earth's upper atmosphere and calculations of concentrations of major ions using data of the COSMIC satellite project
• Klíčová slova: iontové složení, horní atmosféra, plazma, ionosféra, plazmasféra, družicová data
• Klíčová slova anglicky: ion composition, upper atmosphere, plasma, ionosphere, plasmasphere, satellite data
• Akademický rok vypsání: 2016/2017
• Typ práce: diplomová práce
• Ústav: Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i. (32-UFAAV)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Mgr. Vladimír Truhlík, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Cílem práce je vytvořit matematický model koncentrací hlavních iontů v horní atmosféře Země na základě teorie rozdělení a transportu iontů a jeho použití k výpočtu upřesněných koncentrací za použití naměřených dat družicového projektu COSMIC. Práci lze rozdělit na dvě části:
a) Předmětem této části práce bude vytvoření jednoduchého teoretického modelu, který počítá koncentrace hlavních iontů O+ a H+ (popř. i He+) na základě řešení rovnic difúze částic v horní atmosféře Země v rozsahu výšek cca 400-2000km.
b) Ve druhé části práce bude modelová elektronová koncentrace (rovna sumární koncentraci iontů) porovnána s elektronovou koncentrací z dat projektu COSMIC (měření probíhá od roku 2006). Změnou parametrů modelu bude třeba nalézt takové řešení, že se elektronová koncentrace modelu bude co nejvíce blížit hodnotám elektronové koncentrace měřených dat. Cílem je získat zpřesněné hodnoty iontových koncentrací.

Seznam odborné literatury

Angerami J. J., and Thomas, J. O. (1964), Studies of planetary atmospheres: 1. The distribution of electrons and ions in the Earth's exosphere, J. Geophys. Res., 69(21), 4537–4560, doi:10.1029/JZ069i021p04537.

Schunk, R. and Nagy A. (2009). Ionospheres. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2009. Cambridge Books Online. http://dx.doi.org/10.1017/CBO9780511635342.

Titheridge, J.E., (1976). Ion transition heights from topside electron-density profiles. Planet. Space Sci.24(3),229–245.

Třísková, L., Truhlík, V., Šmilauer, J., (2003). An empirical model of ion composition in the outer ionosphere. Adv. Space Res. 31(3),653–663.

Truhlík, V., Třísková, L., Benson, R. F., Bilitza, D., Grebowsky, J., Richards, P. G. (2014). Comparison of H+ and He+ plasmapause locations based on the resurrected and reevaluated OGO-5 ion composition data base, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 119, pp. 27-34.

COSMIC data: http://cdaac-www.cosmic.ucar.edu/

Předběžná náplň práce

Rozdělení koncentrací částic ionizované složky horní atmosféry Země se standardně popisuje soustavou rovnic kontinuity a rychlosti pro všechny uvažované ionty. Tuto soustavu lze převést na difuzní rovnici řešenou v geometrii siločar magnetického pole Země. V této práci se diplomant seznámí se základní fyzikou ionosféry Země a provede výpočet koncentrace iontů v závislosti na výšce. Též bude hledat řešení, které je v souladu s naměřenými daty. Získané znalosti může využít pro další práci v oblasti fyziky plazmatu v okolí Země a vlivu Slunce na tuto oblast. Téma je zajišťováno pracovištěm, které má dlouholeté zkušenosti s výzkumem plazmatu v okolí Země, a kde vznikaly československé (a později české) družice MAGION 1-5, a kde v současné době probíhá vývoj a stavba přístrojů pro další kosmické projekty.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Distribution of concentrations of particles of ionized part of the Earth's upper atmosphere is usually described using a system of equations of continuity and momentum for all considered ions. This system of equations is possible to transform into a diffusion equation solved in the geometry of the Earth's magnetic field. In this thesis the student will familiarize him(her)self with basic physics of the Earth's ionosphere and perform calculations of the ion concentration in dependence on the altitude. Also the student will search for the solution which is most close to the measured data. The knowledge learned in this thesis may serve for further works in the field of plasma physics in the Earth's environment and influence of the Sun on this region. The topic is guaranteed by the department which has a long term experience in the area of research of the plasma physics in the Earth's environment and where Czechoslovak (and later Czech) satellites MAGION 1-5 were developed and where instruments for further space projects are currently developed and constructed.