A Föld plazmakörnyezetének háromdimenziós vizsgálata = Three-dimensional study of the plasma environment of the Earth

A magnetoszféra különböző tartományainak mérete és tipikus tulajdonságai gyakran változnak a Napból eredő ion/elektronáram gyors és lassú változásainak következtében. A napszél plazmát a magnetoszférikus plazmától a magnetopauza határfelület választja el, előtte kialakul a fejhullám, ahol a napszél paraméterek hirtelen megváltoznak. Az azonos műszerekkel felszerelt négy Cluster szonda különleges lehetőséget nyújt a Föld plazmakörnyezetének háromdimenziós vizsgálatára. Cluster mérések alapján vizsgáltuk a mirror típusú mágneses tér fluktuációk fejlődését a kvázi-merőleges fejhullám és a magnetopauza közötti tartományban. A fluktuációk amplitudója közel egy nagyságrenddel kisebb mértékben növekedett a lineáris modellekből számított értékhez képest. 50 forró plazmával töltött mágneses üreg (Hot Flow Anomaly) jellemző tulajdonságait tanulmányoztuk a fejhullám előtti tartományban. Megállapítottuk, hogy a gyors napszél kedvezően befolyásolja ezen események kialakulását, mivel a napszél sebessége majdnem minden esetben nagyobb volt az átlagos értéknél. A bolygóközi térben a plazma keveredésének kisléptékű mágneses struktúrákra gyakorolt hatását vizsgáltuk. A Cluster mérések igazolták az elméleti és numerikus modellszámítások alapján várható lepelszerű kétdimenziós struktúrák jelenlétét. | The size and characteristic properties of the different regions of the magnetosphere often change as a result of fast and slow changes in the ion/electron flow originating from the Sun. The solar wind plasma is separated from the magnetospheric plasma by the magnetopause boundary surface, in front of which the bow shock forms where solar wind parameters suddenly change. The identically equipped four Cluster satellites provide a unique opportunity for a three-dimensional study of the terrestrial plasma environment. Based on Cluster measurements, the evolution of mirror type magnetic field fluctuations was investigated in the region between the quasi-perpendicular bow shock and the magnetopause. The determined growth rate of the amplitudes was about an order of magnitude smaller than the values predicted by linear model calculations. The characteristic features of 50 hot flow anomalies (magnetic cavities filled by hot plasma) were studied upstream of the bow shock. Fast solar wind was found to favour the evolution of the events since most of them occurrred when the solar wind velocity was above its average value. In the interplanetary field, the effect of plasma mixing was investigated on small-scale magnetic field structures. Cluster measurements supported the existence of sheet-like two-dimensional structures predicted by theoretical models and numerical simulations

A külső naprendszer vizsgálata űrszondák segítségével = Investigation of the outer solar system with space probes

A helioszféra távoli vidékeit vizsgáltuk a Cassini, az Ulysses, és a Voyager 1-2 űrszondákon repülő magnetométerek, plazma-detektorok, és energikus részecskék fluxusát mérő berendezések adatainak kiértékelésével. A mérési adatokhoz mint társkutatók és vendégkutatók jutottunk hozzá. A nemzetközi együttműködésben végzett kutatások föbb eredményei, köztük új jelenségek felfedezése és leírása, modellezéssel végzett számítások végzése, statisztikus vizsgálatok közül a következőket tekintjük jelentősnek: - Lassú módusú lökéshullám felfedezése a Jupiter mágneses köpenyében - „Hot Flow” anomália felfedezése a Szaturnusz fejhulláma előtt - Új típusú hullám-gerjesztés modellezése a Titán és Vénusz ionoszférájában - Titán plazmakörnyezetének összehasonlító vizsgálata a megközelítések során - Szaturnusz eredetű, „fosszilis” mágneses tér felfedezése a Titán közelében - Enceladusból származó por dinamikájának és az E gyűrű keletkezésének modellezése - Jupiter halvány gyűrűjének modellezése - MHD szakadási felületek gyakoriságának és geometriájának statisztikus vizsgálata a helioszférában - A helioszféra kétféle mágneses polaritását elválasztó áramlepel észak-déli aszimmetriája - Energikus részecskék terjedésének vizsgálata nagyszámú esemény alapján. | The distant regions of the heliosphere was investigated by the analysis of the data of magnetometers, plasma detectors, and energetic particle flux detectors, flown onboard the space probes Cassini, Ulysses, and Voyager 1-2. We acquired the scientific data as co-investigators and guest-investigators of the measurements. Among the main results of the research carried out in international collaborations, including discoveries and descriptions of new phenonmena, model calculations, statistical studies, we consider the most important ones as the following: - Discovery of slow mode shock in the Jovian magnetosheath - Discovery of hot flow anomaly upstream of the bow shock of Saturn - Modelling new type of wave excitation in the ionosphere of Titan and Venus - Comparative studies of the plasma environment of Titan during the encounters - Discovery of fossil magnetic field near Titan, originating from Saturn - Study of the dynamics of dust, originating from Enceladus and modelling the origin of E-ring - Modelling the faint ring of Jupiter - Statistical investigation of the rate and geometrical properties of MHD discontinuities in the heliosphere - North-south asymmetry of the current sheet separating the opposite magnetic polarities of the heliosphere - Investigation of the propagation of energetic particles, based on large number of events

Rare regions of the susceptible-infected-susceptible model on Barabási-Albert networks

I extend a previous work to susceptible-infected-susceptible (SIS) models on weighted Barabási-Albert scale-free networks. Numerical evidence is provided that phases with slow, power-law dynamics emerge as the consequence of quenched disorder and tree topologies studied previously with the contact process. I compare simulation results with spectral analysis of the networks and show that the quenched mean-field (QMF) approximation provides a reliable, relatively fast method to explore activity clustering. This suggests that QMF can be used for describing rare-region effects due to network inhomogeneities. Finite-size study of the QMF shows the expected disappearance of the epidemic threshold λc in the thermodynamic limit and an inverse participation ratio ∼0.25, meaning localization in case of disassortative weight scheme. Contrarily, for the multiplicative weights and the unweighted trees, this value vanishes in the thermodynamic limit, suggesting only weak rare-region effects in agreement with the dynamical simulations. Strong corrections to the mean-field behavior in case of disassortative weights explains the concave shape of the order parameter ρ(λ) at the transition point. Application of this method to other models may reveal interesting rare-region effects, Griffiths phases as the consequence of quenched topological heterogeneities

Slow, bursty dynamics as a consequence of quenched network topologies

Bursty dynamics of agents is shown to appear at criticality or in extended Griffiths phases, even in case of Poisson processes. I provide numerical evidence for a power-law type of intercommunication time distributions by simulating the contact process and the susceptible-infected-susceptible model. This observation suggests that in the case of nonstationary bursty systems, the observed non-Poissonian behavior can emerge as a consequence of an underlying hidden Poissonian network process, which is either critical or exhibits strong rare-region effects. On the contrary, in time-varying networks, rare-region effects do not cause deviation from the mean-field behavior, and heterogeneity-induced burstyness is absent

Slow dynamics of the contact process on complex networks

The Contact Process has been studied on complex networks exhibiting different kinds of quenched disorder. Numerical evidence is found for Griffiths phases and other rare region effects, in Erd˝os Rényi networks, leading rather generically to anomalously slow (algebraic, logarithmic,...) relaxation. More surprisingly, it turns out that Griffiths phases can also emerge in the absence of quenched disorder, as a consequence of sole topological heterogeneity in networks with finite topological dimension. In case of scalefree networks, exhibiting infinite topological dimension, slow dynamics can be observed on tree-like structures and a superimposed weight pattern. In the infinite size limit the correlated subspaces of vertices seem to cause a smeared phase transition. These results have a broad spectrum of implications for propagation phenomena and other dynamical process on networks and are relevant for the analysis of both models and empirical data

BepiColombo Science Investigations During Cruise and Flybys at the Earth, Venus and Mercury

The dual spacecraft mission BepiColombo is the first joint mission between the European Space Agency (ESA) and the Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA) to explore the planet Mercury. BepiColombo was launched from Kourou (French Guiana) on October 20th, 2018, in its packed configuration including two spacecraft, a transfer module, and a sunshield. BepiColombo cruise trajectory is a long journey into the inner heliosphere, and it includes one flyby of the Earth (in April 2020), two of Venus (in October 2020 and August 2021), and six of Mercury (starting from 2021), before orbit insertion in December 2025. A big part of the mission instruments will be fully operational during the mission cruise phase, allowing unprecedented investigation of the different environments that will encounter during the 7-years long cruise. The present paper reviews all the planetary flybys and some interesting cruise configurations. Additional scientific research that will emerge in the coming years is also discussed, including the instruments that can contribute