Sofia Bergmans arbete ger forskarna unika möjligheter att studera joner med låg energi / Sofia Bergman's research gives scientists an opportunity to study low-energy ions.

[Swe/Eng]

Sofia Bergman, Institutet för rymdfysik och Umeå universitet, disputerar den 26 november på en doktorsavhandling om de svårmätta lågenergi-jonerna runt kometen 67P/Tjurjumov-Gerasimenko. Joner med låg energier påverkas väldigt mycket av rymdfarkosten som observerar dem vilket gör det enormt svårt att bestämma deras ursprungliga egenskaper. Sofia har utvecklat helt nya metoder för att göra det. Hennes arbete ger forskarna unika möjligheter att studera dessa joner, inte bara kring kometer utan på många andra platser i vårt solsystem.

I plasmaomgivningen runt en komet finns det mängder av joner med låga energier. Att känna till egenskaperna hos dessa joner är viktigt för att förstå de processer som sker runt kometen. Men då lågenergi-joner är svåra att mäta har Sofia Bergman har i sin avhandling utvecklat en ny metod för att analysera mätningar av dessa runt kometen 67P/Tjurjumov-Gerasimenko. Med hjälp av denna metod har jonernas egenskaper kunnat studeras på ett sätt som tidigare inte varit möjligt.

”En rymdfarkost interagerar med sin omgivning på olika sätt, vilket leder till att ytan på farkosten laddas upp till en elektrisk potential. Uppladdningen är problematisk när vi vill göra mätningar på lågenergi-joner, eftersom jonerna påverkas av farkosten innan de detekteras vilket resulterar i att både jonernas energi och rörelseriktning förändras. Vi vill veta vilka egenskaper jonerna har när vi inte är där och påverkar dem med farkosten, vilket nu är möjligt med hjälp av metoden som jag utvecklat i min avhandling”, förklarar Sofia Bergman.

I studierna har data från IRFs jonmasspektrometer ICA (Ion Composition Analyzer) på rymdfarkosten Rosetta använts. ICA kan mäta energin och rörelseriktningen på joner med väldigt låga energier, men på grund av farkostpotentialens påverkan har ICAs lågenergi-data tidigare varit svårtolkat.

”Det finns modeller för hur lågenergi-jonerna flödar runt en komet. Vi har nu för första gången kunnat titta på vad data från komet 67P/Tjurjumov-Gerasimenko faktiskt säger om dessa flödesriktningar”, säger Sofia Bergman. ”Resultaten överraskade oss. Vi ser en stor andel joner som flödar inåt mot kometkärnan, istället för utåt från kärnan som vi förväntat oss.”

Kometer är intressanta för att förstå hur solvinden växelverkar med olika kroppar i solsystemet. På grund av kometernas elliptiska omloppsbanor så förändras kometens omgivning drastiskt under dess färd runt solen, vilket innebär att vi kan studera hur en himlakropps magnetosfär föds och dör. Lågenergi-joner är viktiga i denna växelverkan, inte bara vid kometer.

”Förhoppningsvis kan metoden som jag utvecklat i min avhandling i framtiden användas för att studera lågenergi-joner också vid andra himlakroppar, något som tidigare gjorts i väldigt begränsad omfattning på grund av svårigheten att tolka mätningarna”, säger Sofia Bergman.

Sofia Bergman, som är född och uppvuxen i Borlänge, försvarar avhandlingen ”Low-Energy Ions Around Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko” i Ljusårssalen på IRF i Kiruna fredagen den 26 november klockan 09:00. Opponent är professor Stein Håland från Max-Planck Institute for Solar System Research, Göttingen, Tyskland och Birkeland Centre for Space Science, University of Bergen, Norge samt the University Centre in Svalbard, Longyearbyen, Norge. 

Mer information:
IRF: http://www.irf.se
Avhandlingen: http://urn.kb.se/resolve?urn=u...

Kontakt:
Sofia Bergman, doktorand, Institutet för rymdfysik och Umeå universitet
sofiab@irf.se

------------------------------------------------------------------------------------

Sofia Bergman, Swedish Institute of Space Physics (IRF) and Umeå University, will defend her doctoral thesis on low-energy ions around comet 67P/Churyumov-Gerasimenko on 26 November. Observing low energy ions is notoriously difficult because their properties are affected greatly by the spacecraft which observes them. Sofia has developed new methods to do this. Using her work, scientists can study low-energy ions around comets and in a variety of other places in the Solar System.

Comets have an environment of plasma which contains a large number of ions with low energies. It is necessary to understand these low-energy ions' properties in order to understand the physical processes occurring around the comet. As low-energy ions are difficult to measure Sofia Bergman devised a new method to analyze measurements of these ions around comet 67P/Churyumov-Gerasimenko in her thesis.

“A spacecraft interacts with its environment, which leads to an accumulation of charge on the surface of the spacecraft. This is problematic for the measurements of low-energy ions, since the ions are affected by the spacecraft before they are detected, changing both their energy and travel direction. We want to know the original properties of the ions, before they were affected by the spacecraft, which is now possible with the method that I have developed in my thesis”, Sofia Bergman explains.

In the thesis, data from IRF’s ion mass spectrometer ICA (Ion Composition Analyzer) on board Rosetta have been analysed. ICA can measure the energy and travel direction of ions with very low energies, but because of the influence of the spacecraft potential on the measurements the low-energy data from ICA have previously been difficult to interpret.

“For the first time, we have now been able to determine the flow directions of low-energy ions observed by ICA at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko”, Sofia Bergman says. “The results were surprising. We see a large amount of ions flowing inward towards the comet nucleus, instead of outward as we had expected.”

Comets are interesting to study when we want to understand how the solar wind is interacting with different bodies in the Solar System. The comets' elliptical orbits cause the environment around them to change dramatically. As the distance from the comet to the Sun changes, we can observe how a magnetosphere is being formed around the comet. Low-energy ions are important for this interaction and not only at comets:

“The method that I have developed in my thesis can also be used to study low-energy ions around other bodies in the Solar System. The analysis of such ions has previously been very limited due to the difficulties of interpreting the measurements”, says Sofia Bergman.

Sofia Bergman, who was born and raised in Borlänge, Sweden, defends her thesis “Low-Energy Ions Around Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko” in Ljusårssalen at IRF in Kiruna, Sweden, on Friday 26 November at 9:00. The opponent is Prof Stein Håland from Max-Planck Institute for Solar System Research, Göttingen, Germany and Birkeland Centre for Space Science, University of Bergen, Norway and the University Centre in Svalbard, Longyearbyen, Norway.

More information:
IRF: http://www.irf.se
The doctoral thesis: http://urn.kb.se/resolve?urn=u...

Contact:
Sofia Bergman, PhD, Swedish Institute of Space Physics (IRF) and Umeå University
sofiab@irf.se