Low-energy ions around comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Low-energy ions play important roles in the formation of the plasma environment around a comet. Reliable ways of measuring these ions are therefore of high importance to fully understand the processes and dynamics of this environment. Unfortunately, low-energy ions are infamously difficult to detect. A spacecraft interacts with the surrounding environment, which leads to an accumulation of charge on the spacecraft surface. As a result, the surface acquires an electrostatic potential with respect to the surrounding plasma, which can be either positive or negative. Low-energy ions are then attracted to or repelled from the charged surface before being detected by the instrument on board, resulting in an energy shift and change of travel direction of the ions. The Rosetta mission studied comet 67P/Churyumov-Gerasimenko during the years 2014-2016, and provided the most detailed observations of a comet and its environment to date. The Ion Composition Analyzer of the Rosetta Plasma Consortium (RPC-ICA) measured positive ions in the cometary environment with energies down to just a few eV. The low-energy part of the data is, however, difficult to interpret due to the distortions caused by the spacecraft potential. In this thesis, the Spacecraft Plasma Interaction Software (SPIS) is used to correct the low-energy ion measurements made by RPC-ICA for the effects introduced by the spacecraft potential. The distortion of the effective field of view is modelled for different ion energies and plasma environments, and the results are used to correct the flow direction of low-energy ions around the comet. The FOV distortion can be considered insignificant when the energy of the ions (in eV) is twice the value of the spacecraft potential (in volts). The FOV distortion at lower energies is geometry dependent, and varies substantially between different pixels of the instrument. The FOV distortion is furthermore dependent on the Debye length of the surrounding plasma. The knowledge
Lågenergi-joner spelar en viktig roll i de processer som skapar plasmaomgivningen runt en komet. För att förstå dessa processer är det därför viktigt att det finns tillförlitliga sätt att mäta dessa joner. Tyvärr så är lågenergi-joner kända för att vara svåra att mäta. En rymdfarkost påverkas av sin omgivning, vilket leder till att farkostens yta laddas upp till en elektrisk potential. Potentialen kan vara antingen positiv eller negativ relativt det omgivande plasmat. Detta innebär att lågenergi-jonerna accelereras mot eller repelleras från farkostens yta innan de detekteras av ett instrument ombord. Farkostpotentialen påverkar både jonernas energi och rörelseriktning. Rymdsonden Rosetta studerade komet 67P/Tjurjumov-Gerasimenko från år 2014 till 2016, och gav oss de mest detaljerade mätningarna av en komet och dess omgivning som hittills har gjorts. Jonmasspektrometern RPC-ICA (Rosetta Plasma Consortium - Ion Composition Analyzer) mätte positivt laddade joner runt kometen. RPC-ICA kunde mäta joner med väldigt låga energier (ner till några få eV), men den delen av datat är svårtolkat på grund av farkostpotentialen. I den här avhandlingen utvecklar vi en ny metod för att korrigera mätningarna av lågenergi-joner gjorda av RPC-ICA. Vi använder programvaran SPIS (Spacecraft Plasma Interaction Software) för att simulera hur RPC-ICAs synfält har påverkats av den uppladdade farkosten. Påverkan på synfältet simuleras för olika farkostpotentialer och plasmaomgivningar, och resultaten används sedan för att korrigera flödesriktningen av lågenergi-joner runt kometen. Påverkan på RPC-ICAs synfält är försumbar när jonernas energi (i eV) är mer än dubbelt så hög som farkostpotentialen (i volt). Vid lägre jonenergier påverkas synfältet olika för olika pixlar av instrumentet, beroende på tittriktningen i förhållande till farkostens geometri. Hur stor påverkan är beror också på Debyelängden i det omgivande plasmat. Det korrigerade datat används för att studera flödesriktningen av lå