Saturnus äter upp sin D-ring - resulterar i en komplex övre atmosfär / Saturn is eating its D ring - resulting in a complex upper atmosphere

Den 23 november presenterar Joshua Dreyer sin forskning om Saturnus vid Institutet för rymdfysik (IRF) och Uppsala universitet genom att försvara sin doktorsavhandling, som undersöker effekten av det material som faller in i Saturnus övre atmosfär från planetens innersta ring, den så kallade D-ringen.

Doktorsavhandlingen, Diving Deep into Saturn's Equatorial Ionosphere with Cassini: Insights from the Grand Finale, fokuserar på sammansättningen av plasma, laddade partiklar, i Saturnus atmosfär samt hur förståelsen av detta har utvecklats sedan upptäckten av infallande material från D-ringen.

"Min forskning visar att ringinflödet är förvånansvärt varierande både i tid och rum. Annan forskning visar att det väldiga ringinflödet skulle kunna vara ett ganska färskt fenomen sett över astronomiska tidsskalor. Det är först nu som effekterna av ringinflödet blivit mer tydliga för oss forskare”, säger Joshua.

Joshua har analyserat mätdata från flera instrument ombord på rymdsonden Cassini. Instrumenten samlade in information om plasmat under rymdexpeditionens sista månader, även kallad "The Grand Finale".

Det var särskilt de mätningar som gjordes medan Cassini dök mellan Saturnus innersta ring och planetens atmosfär som låg till grund för Joshuas studier. Cassiniexpeditionen avslutades planenligt med att sonden brann upp i Saturnus atmosfär i september 2017.

Det infallande ringmaterialet består av vattenis och andra jämförelsevis tunga ämnen. Vid frigörande i Saturnus atmosfär, som annars domineras av väte och helium, har dessa substanser stor påverkan på plasmats sammansättning.

Genom Cassinis "Grand Finale" avslöjades hur omfattande effekter ringinflödet faktiskt har på Saturnus ekvatoriella jonosfär.

Doktorsavhandlingen beskriver också upptäckten av en förskjutning i tidsstämplarna för jondata. Detta lyckades Joshua upptäcka genom att jämföra var signaturer från ringskuggor borde synas i jondata med var de faktiskt syntes.

"Inledningsvis var detta frustrerande och vi kämpade för att hitta en förklaring till varför det inte matchade. Efter mycket arbete fann jag slutligen att förskjutningen av tidsstämpeln var orsaken och dess korrigering anpassade sedan elektron- och jondatat perfekt även över mycket korta tidsskalor.”, säger Joshua.

Joshua växte upp i Tyskland där han genomförde sin grundutbildning innan han kom till Uppsala 2017 för masterstudier. Han försvarar sin doktorsavhandling torsdagen den 23 november klockan 13.00 i Sonja Lyttkens föreläsningssal på Ångströmlaboratoriet i Uppsala.

Fakultetens examinator är Professor Ingo Müller-Wodarg från Imperial College London (UK).

Klicka på länken för att ta del av doktorsavhandlingen: https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-512834

Kontakt:
Joshua Dreyer, doktorand Institutet för rymdfysik (IRF) och Uppsala universitet
joshua.dreyer@irfu.se
+46 18 4715934

************** ENG **************

On 23 November, Joshua Dreyer will present his research on Saturn at the Swedish Institute of Space Physics (IRF) and Uppsala University by defending his doctoral thesis, which investigates the effects and nature of ring material falling into Saturn’s upper atmosphere from its innermost D ring.

The doctoral thesis, Diving Deep into Saturn's Equatorial Ionosphere with Cassini: Insights from the Grand Finale, focuses on the composition of plasma, charged particles, in the upper part of Saturn’s atmosphere and how our understanding of it has evolved since the discovery of the ring influx.

“My research shows the signatures of the ring influx to be surprisingly variable throughout any one orbit and between orbits, which may indicate that the ring influx itself varies a lot. New modelling efforts have also suggested that the influx might be a recent phenomenon, at least on astronomical timescales. We seemingly did not see the expected effects on Saturn’s lower atmosphere over the course of the Cassini mission”, says Joshua.

Joshua has analysed plasma measurements from multiple instruments on the Cassini spacecraft gathered during the last few orbits of the mission, the “Grand Finale”, which sampled the region between the rings and the atmosphere before Cassini’s eventual disintegration in Saturn’s atmosphere in September 2017.

The infalling ring material consists of water ice and other comparatively heavy species, whereas the main constituents of Saturn’s upper atmosphere are hydrogen and helium.

The “Grand Finale”revealed the ring material to majorly shape Saturn’s equatorial ionosphere by adding volatile species, resulting in a more complex plasma, which is the focus of Joshua’s studies.

The doctoral thesis also describes the discovery of a shift in the timestamps of the ion data, which was revealed during the investigation of ring shadowing signatures in the ionospheric data. After calculating the position of the shadows, they did not appear exactly at the spots as visible in the data.

“Initially, this was rather frustrating, and we struggled to find an explanation for this offset. After much discussion and testing, we eventually found the timestamp shift to be the reason, and its correction then perfectly aligned the electron and ion data even on very small scales”, Joshua adds.

Joshua grew up and completed his undergraduate studies in Germany before coming to Uppsala in 2017 for his master’s studies. He defends his thesis at 13.00 on Thursday, 23 November in the Sonja Lyttkens lecture hall at Ångströmlaboratoriet in Uppsala, Sweden.

The faculty examiner is Prof. Ingo Müller-Wodarg from Imperial College London (UK).

Link to the doctoral thesis: https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-512834

Contact:
Joshua Dreyer, PhD, Swedish Institute of Space Physics (IRF) and Uppsala University.
joshua.dreyer@irfu.se
+46 18 4715934