Alfvén waves underlying ionospheric destabilization: ground-based observations

During geomagnetic storms, terawatts of power in the million mile-per-hour solar wind pierce the Earth’s magnetosphere. Geomagnetic storms and substorms create transverse magnetic waves known as Alfvén waves. In the auroral acceleration region, Alfvén waves accelerate electrons up to one-tenth the speed of light via wave-particle interactions. These inertial Alfvén wave (IAW) accelerated electrons are imbued with sub-100 meter structure perpendicular to geomagnetic field B. The IAW electric field parallel to B accelerates electrons up to about 10 keV along B. The IAW dispersion relation quantifies the precipitating electron striation observed with high-speed cameras as spatiotemporally dynamic fine structured aurora. A network of tightly synchronized tomographic auroral observatories using model based iterative reconstruction (MBIR) techniques were developed in this dissertation. The TRANSCAR electron penetration model creates a basis set of monoenergetic electron beam eigenprofiles of auroral volume emission rate for the given location and ionospheric conditions. Each eigenprofile consists of nearly 200 broadband line spectra modulated by atmospheric attenuation, bandstop filter and imager quantum efficiency. The L-BFGS-B minimization routine combined with sub-pixel registered electron multiplying CCD video stream at order 10 ms cadence yields estimates of electron differential number flux at the top of the ionosphere. Our automatic data curation algorithm reduces one terabyte/camera/day into accurate MBIR-processed estimates of IAW-driven electron precipitation microstructure. This computer vision structured auroral discrimination algorithm was developed using a multiscale dual-camera system observing a 175 km and 14 km swath of sky simultaneously. This collective behavior algorithm exploits the “swarm” behavior of aurora, detectable even as video SNR approaches zero. A modified version of the algorithm is applied to topside ionospheric radar at Mars and broadcast FM passive radar. The fusion of data from coherent radar backscatter and optical data at order 10 ms cadence confirms and further quantifies the relation of strong Langmuir turbulence and streaming plasma upflows in the ionosphere with the finest spatiotemporal auroral dynamics associated with IAW acceleration. The software programs developed in this dissertation solve the century-old problem of automatically discriminating finely structured aurora from other forms and pushes the observational wave-particle science frontiers forward

Modern Observational Techniques for Comets

Techniques are discussed in the following areas: astrometry, photometry, infrared observations, radio observations, spectroscopy, imaging of coma and tail, image processing of observation. The determination of the chemical composition and physical structure of comets is highlighted

Remote Sensing

This dual conception of remote sensing brought us to the idea of preparing two different books; in addition to the first book which displays recent advances in remote sensing applications, this book is devoted to new techniques for data processing, sensors and platforms. We do not intend this book to cover all aspects of remote sensing techniques and platforms, since it would be an impossible task for a single volume. Instead, we have collected a number of high-quality, original and representative contributions in those areas

Deciphering Lyman α\alpha blob 1 with deep MUSE observations

Context: Lyman $\alpha$ blobs (LABs) are large-scale radio-quiet Lyman $\alpha$ (Ly$\alpha$) nebula at high-$z$ that occur predominantly in overdense proto-cluster regions. Especially the prototypical SSA22a-LAB1 at $z=3.1$ has become an observational reference for LABs across the electromagnetic spectrum. Aims: We want to understand the powering mechanisms that drive the LAB to gain empirical insights into galaxy formation processes within a rare dense environment at high-$z$. Methods: LAB 1 was observed for 17.5h with the VLT/MUSE integral-field spectrograph. We produced optimally extracted narrow band images in Ly$\alpha$ $\lambda1216$ and HeII $\lambda1640$. By using a moment based analysis we mapped the kinematics of the blob. Results: We detect Ly$\alpha$ emission to surface-brightness limits of $10^{-19}$erg s$^{-1}$cm$^{-2}$arcsec$^{-2}$. At this depth we reveal a bridge between LAB 1 and its northern neighbour LAB 8, as well as a shell-like filament towards the south of LAB 1. We find a coherent large scale east-west $\sim$1000 km s$^{-1}$ velocity gradient that is aligned perpendicular to the major axis of the blob. We detect HeII emission in three distinct regions, but we can only provide upper limits for CIV. Conclusions: Various gas excitation mechanisms are at play in LAB 1: Ionising radiation and feedback effects dominate near the embedded galaxies, while Ly$\alpha$ scattering is contributing at larger distances. However, HeII/Ly$\alpha$ ratios combined with upper limits on CIV/Ly$\alpha$ can not discriminate between AGN ionisation and feedback driven shocks. The alignment of the angular momentum vector parallel to the morphological principal axis appears odds with the predicted norm for high-mass halos, but likely reflects that LAB\,1 resides at a node of multiple intersecting filaments of the cosmic web. (Abridged)Comment: Revised version. Accepted for publication in A&

Printed Organic Photodiodes with Enhanced Performance and Simplified Processing

Zukünftige Technologien in den Bereichen Datenübertragung, Industrieautomatisierung, Verbraucherelektronik und medizinische Diagnostik werden von der Entwicklung optischer Sensortechnologien profitieren, die eine kosteneffiziente Fertigung, mechanische Flexibilität, personalisiertes Design und maßgeschneiderte Funktionalität bieten. Eine vielversprechende Klasse von Sensoren, die diese Eigenschaften gewähren, sind Photodetektoren auf der Basis organischer Halbleiter. Sogenannte organische Photodioden (OPDs) haben sich in den letzten Jahren rasch in ihrer Leistung verbessert und ihr Potenzial als komplementäre Technologie zu anorganischen Bauelementen unter Beweis gestellt. Vor allem aber ermöglicht Prozessierbarkeit aus der Flüssigphase die Bauteilfertigung mit industriellen Drucktechniken. Der große Parameterraum des Druckens in Verbindung mit den morphologischen und energetischen Anforderungen von OPDs führt jedoch zu einer Fülle von Herausforderungen, die den Übergang vom Labormaßstab zu relevanten Produktionsmethoden erschweren. In dieser Arbeit werden drei neue Konzepte für die OPD-Fertigung vorgestellt, die zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen. Es werden alternative - und in einigen Fällen "unkonventionelle" - photoaktive Materialsysteme eingeführt, die gleichzeitig die Verarbeitung vereinfachen, die Leistung verbessern und zusätzliche Funktionalität bieten. Der erste Ansatz konzentriert sich auf die Verwendung von Isolatoren als Prozessadditive für die Herstellung von photoaktiven Schichten. Entgegen der Intuition behindert dies nicht die Funktionalität der OPDs, sondern verbessert sogar die Detektionsgeschwindigkeit durch eine Erhöhung der molekularen Ordnung der Halbleiterschicht. Ein zweiter Ansatz besteht in der Untersuchung einer neuartigen Materialklasse, nämlich den Nicht-Fulleren Akzeptoren (engl. non-fullerene acceptors, NFA), um die Empfindlichkeit in Richtung des nahen Infrarot-Bereichs zu erweitern und zu erhöhen. Diese Studie führte zur ersten Demonstration von digital gedruckten NFA-OPDs mit einer Rekordempfindlichkeit von über 750 nm und Detektionsgeschwindigkeiten im MHz-Bereich. Schließlich ermöglicht ein drittes Konzept die digitale Herstellung mehrfarbiger OPDs, indem ein innovatives Tintensystem entwickelt wird, das die viskoelastischen und optischen Eigenschaften erfolgreich entkoppelt, um die Fertigung zu vereinfachen und die spektrale Flexibilität von NFAs optimal ausnutzt. Die resultierende farbselektive Detektion ermöglicht die Integration der OPDs in ein Mehrkanal-Kommunikationssystem für sichtbares Licht (engl. visible light communication), das eine der vielversprechendsten aufkommenden Technologien im Bereich der optischen Datenübertragung darstellt. Alle drei Ansätze kombinieren herausragende Funktionalität und Leistung mit vereinfachten Herstellungsverfahren und tragen dazu bei das Potenzial von OPDs für das breite Feld der optischen Sensorik erfolgreich auszuschöpfen

ReSCon '12, Research Student Conference: Book of Abstracts

The fifth SED Research Student Conference (ReSCon2012) was hosted over three days, 18-20 June 2012, in the Hamilton Centre at Brunel University. The conference consisted of 130 oral and 70 poster presentations, based on the high quality and diverse research being conducted within the School of Engineering and Design by postgraduate research students. The conference is held annually, and ReSCon plays a key role in contributing to research and innovations within the School

Bibliography of Lewis Research Center technical publications announced in 1984

This compilation of abstracts describes and indexes the technical reporting that resulted from the scientific and engineering work performed and managed by the Lewis Research Center in 1984. All the publications were announced in the 1984 issues of STAR (Scientific and Technical Aerospace Reports) and/or IAA (International Aerospace Abstracts). Included are research reports, journal articles, conference presentations, patents and patent applications, and theses

Searches for Neutrinos from Supernovae Using Cherenkov In-Ice Detectors

Supernovae mark the violent death of massive stars. They are among the most energetic processes known to exist in the Universe. Neutrinos play crucial roles in supernova processes. Besides the low-energy neutrinos emitted during the core-collapse process of the supernova, there may be neutrinos of much higher energies that are generated after the core-collapse. In this work, a new detector embedded in Antarctic glacier ice is studied, with sensitivity to extra-galactic supernova low-energy neutrino bursts. It is demonstrated that the development of optical sensors with large effective area and low noise rate is a requirement. For the proposed detector, several extra-galactic supernova neutrino detections per year are feasible. In addition, a multi-messenger data analysis program is carried out, which registers high-energy neutrino bursts with the IceCube detector and triggers follow-up observations with optical telescopes. No significant excess of neutrino bursts is found. Therefore, upper limits on the jet supernova model are derived. For model values of the jet Lorentz factor Γjet = 10 and the jet kinetic energy Ejet = 3 × 1051 erg, only about 8% of all core-collapse supernovae hosting a jet are consistent with the data.Suche nach Supernova-Neutrinos mit Cherenkov-Detektoren in Eis Supernovae sind gewaltige Explosionen am Lebensende massereicher Sterne. Sie gehören zu den energiereichsten bekannten Prozessen im Universum. Neutrinos spielen entscheidende Rollen während und nach Supernova-Explosionen. Neben den niederenergetischen Neutrinos, die während des Kernkollapsprozesses der Supernova emittiert werden, könnten Neutrinos von sehr viel höherer Energie nach dem Kernkollaps enstehen. In dieser Arbeit wird ein neues Detektorkonzept untersucht, mit Sensitivität für extragalaktische niederenergetische Supernova-Neutrino-Blitze. Die Notwendigkeit der Entwicklung optischer Sensoren mit großer effektiver Fläche und niedriger Rauschrate wird aufgezeigt. Der untersuchte Detektor könnte mehrere extra-galaktische Supernova-Neutrino-Detektionen pro Jahr liefern. Weiter wird ein multi-messenger Datenanalyseprogramm durchgeführt, welches hochenergetische Neutrinoblitze mit dem IceCube-Detektor registriert und automatisch Nachfolgebeobachtungen mit optischen Teleskopen auslöst. Kein signifikanter Exzess von Neutrino-Blitzen wird gefunden. Entsprechend werden obere Grenzen auf das Jet-Supernova-Modell berechnet. Für die Modellparameter Lorentzfaktor Γjet = 10 und kinetische Energie des Jets Ejet = 3 × 1051 erg sind höchstens etwa 8% aller Kernkollaps-Supernovae als Träger eines solchen Jets mit den Daten verträglich

NASA Thesaurus. Volume 2: Access vocabulary

The NASA Thesaurus -- Volume 2, Access Vocabulary -- contains an alphabetical listing of all Thesaurus terms (postable and nonpostable) and permutations of all multiword and pseudo-multiword terms. Also included are Other Words (non-Thesaurus terms) consisting of abbreviations, chemical symbols, etc. The permutations and Other Words provide 'access' to the appropriate postable entries in the Thesaurus