As the solar wind reaches Mercury it interacts with the planet’s magnetic field slowing down, forming a bow shock in front of the planet and diverting the flow around it. Along with the solar wind comes the interplanetary magnetic field, an extension of the sun’s magnetic field. The interaction between the bow shock and the interplanetary magnetic field impacts the behaviour of the plasma both up- and downstream of the bow shock. An important factor is the angle between the normal to the bow shock surface and the interplanetary magnetic field, θBN. The angle can be divided into two categories: quasi-parallel for when θBN < 45° and quasi-perpendicular for θBN > 45°. It is expected for a quasi-parallel configuration to have stronger fluctuations in both the solar wind upstream of the bow shock and in the magnetosheath downstream caused by reflected particles backstreaming into the solar wind. Quasi-perpendicular configurations are expected to have less fluctuations in both regions due to fewer solar wind particles being reflected back. In this thesis this connection is investigated at the bow shock at Mercury using magnetic field data from the MESSENGER mission. By looking at the data when the spacecraft travels through the thin bow shock the local θBN angle can be calculated. The fluctuation level is then calculated as the standard deviation of the magnetic field in a 30 second period upstream and downstream of the crossing. The results found are unexpected as the correlation between θBN and the fluctuation levels are weaker and more uniformly distributed than expected compared to similar studies conducted at Earth using the Cluster satellites. This is most likely due to the smaller spatial scale of the Hermean system: the structures perpendicular to the interplanetary magnetic field of upstream activity, such as SLAMS, cover a greater proportion of the bow shock than at Earth allowing them to extend over into neighbouring regions of different θBN values, giving a more uniform distribution of the fluctuation levels. / När solvinden når Merkurius växelverkar den med planetens magnetfält och solvinden saktas ned och avledes till att flöda kring planeten. Då solvinden decelereras formas en chock framför planeten, bogchocken. Tillsammans med solvinden kommer det interplanetära magnetfältet, som är en förlängning av solens magnetfält. Växelverkan mellan bogchocken och det interplanetära magnetfältet påverkar plasmat både upp- och nedströms från bogchocken. En viktigt faktor är vinkeln mellan normalen till bogchocken och det interplanetära magnetfältet, θBN . Bogchocken kan delas in i två kategorier: kvasi-parallell då θBN < 45° och kvasi-vinkelrät då θBN > 45°. Vid kvasi-parallella förhållanden förväntas starkare fluktuationer i magnetfältet både uppströms i solvinden och nedströms i magnetskiktet, orsakat av reflekterade partiklar som färdas in i den inkommande solvinden. Kvasi-vinkelräta förhållanden förväntas ha mindre fluktuationer då färre partiklar reflekteras. I den här uppsatsen undersöks kopplingen vid Merkurius bogchock med data från rymdsonden MESSENGER. Genom att använda data då rymdsonden färdas igenom den tunna bogchocken kan det lokala värdet på θBN uträknas. Fluktuationsnivåerna räknas ut som standardavvikelsen av magnetfältet under en 30 sekundersperiod uppströms och nedströms från korsningen. Resultaten är ej som förväntade då kopplingen mellan θBN och fluktuationsnivån är mycket svagare och jämnt fördelade än förväntat, baserat på resultat från jorden från Cluster-satelliterna. Den mest troliga förklaringen är att Merkurius och dess bogchock är mindre än jordens: de strukturerna som är vinkelräta till det interplanetära magnetfältet hos uppströmsfenomen, t.ex SLAMS, täcker då en större proportion av bogchocken än vid jorden vilket tillåter dem att sträcka sig in i närliggande regioner med annorlunda θBN värden, vilket ger en mer jämn utbredning av fluktuationsnivåerna.

The purpose of this project is to investigate the spectral properties of turbulence in the magnetosheath of Saturn, using in-situ magnetic field measurements from the Cassini spacecraft. According to models of incompressible, turbulent fluids, the energy spectrum in the inertial range scales as the frequency to the power of -5/3, which has been observed in the near-Earth Solar wind but not in the Terrestrial magnetosheath unless close to the magnetopause. 120 time intervals for when Cassini is inside the magnetosheath are identified — 40 in each category of behind quasi-perpendicular bow shocks, behind quasi-parallel bow shocks, and inside the middle of the magnetosheath. The power spectral density is thereafter calculated for each interval, with logarithmic regressions performed at the MHD and sub-ion scales separated by the ion gyrofrequency. The results seem to indicate similar behaviour as in the magnetosheath of Earth, without significant difference between quasi-perpendicular and quasi-parallel cases except somewhat steeper exponents at the MHD scale for the former. These observations confirm the role of the bow shock in destroying the fully developed turbulence of the Solar wind, thus explaining the absence of the inertial range. / Syftet med detta projekt är att undersöka de spektrala egenskaperna hos turbulens i Saturnus magnetoskikt, med in-situ-mätningar av magnetfältet från Cassini-rymdsonden. Enligt modeller av inkompressibla, turbulenta fluider, är energispektrumet i det intertiala omfånget proportionellt mot frekvensen upphöjd i -5/3, vilket har observerats i den jordnära Solvinden men inte i det jordiska magnetoskiktet förutom nära magnetopausen. 120 tidsintervall för när Cassini befinner sig inuti magnetoskiktet identifieras — 40 styck i kategorierna bakom kvasi-vinkelräta bogchockar, bakom kvasi-parallella bogchockar, och inuti mellersta delen av magnetoskiktet. Effektspektraltätheten beräknas därefter för varje intervall, med logaritmiska regressioner på MHD- och subjon-skalorna som separeras av jongyrofrekvensen. Resultaten verkar tyda på liknande beteende som i Jordens magnetoskikt, utan märkvärdig skillnad mellan kvasi-vinkelräta och kvasi-parallella fall förutom något brantare exponenter på MHD-skalan för de förnämnda. Dessa observationer bekräftar bogchokens roll i förstörandet av den fullt utvecklade turbulensen i Solvinden, därmed förklarande avsaknaden av det inertiala omfånget.

Collisionless shocks are widespread phenomena in the universe, and understanding the mechanisms behind their energy dissipation, with a rare number of collisions between particles, remains a significant unresolved question. The Earth’s bow shock provides an excellent opportunity to study this phenomena in situ. For high Mach number shocks, the shock cannot be sustained without partial reflection of the incoming ions. At higher Mach numbers, the shock surface starts to exhibit non-stationary behaviours, meaning that the shock surface starts evolving. One such behaviour is known as shock reformation, where a new shock forms upstream of an existing one. This study aims to investigate shock reformation using data obtained from NASA’s MMS mission, which offers precise measurements with high spatial and temporal resolutions through its constellation of four spacecraft. Using the MMS shocks database (Lalti et al., 2022), the gradient of the magnetic field magnitude is computed to infer non-stationary behaviour and identify potential instances of shock reformation and other shock behaviours. Through the analysis of the MMS measurements, some insight into the non-stationary characteristics of shocks is obtained using the gradient of the magnetic field. However, further analysis is needed in order to refine the method of identifying non-stationary behaviour of shocks, for future applications. / Kollisionsfria chocker är ett vanligt fenomen som förekommer i universum, och att förstå hur energidissipation inträffar i chocker med ett fåtal kollisioner mellan partikar är ett olöst problem. Jordens bogchock utger en bra möjlighet att studera detta på plats med mätningar från rymdfarkoster. Detta projekt försöker studera delar av jordens bogchock och undersöka dess dynamic. För chocker med högt machtal, måste en del av jonerna från solvinden reflekteras för att chocken ska skunna upprätthållas. Vid högre machtal kan chockytan visa icke-stationära beteenden, vilket innebär att den börjar förändras. Ett exempel på sådant beteende är chockreformation, där en ny chock formas framför en befintlig chock. Denna studie har som mål att undersöka chockreformation med hjälp av data som erhållits från NASA:s MMS-uppdrag, vilket erbjuder precisa mätningar med hög rumslig och tidsmässig upplösning genom sin konstellation av fyra rymdfarkoster. Genom användning av MMS-shockdatabasen (Lalti et al., 2022) beräknades gradienten av magnetfältets magnitud för att härleda icke-stationärt beteende och identifierade potentiella fall av chockreformation och andra beteenden. Genom analys av MMS-mätningarna erhölls viss insikt i de icke-stationära egenskaperna hos chocker med hjälp av gradienten av magnetfältet, men ytterligare analys krävs för att förbättra metoden för framtida tillämpningar.

The interaction between the solar wind and Earth’s magnetic field creates the Earth’s bow shock. It is an ideal region for space probes like MMS, THEMIS or Clusters to study the collisionless shock phenomenon in space plasma. More specifically the project focuses on the topic of wave-particle interactions in the space plasma environment, which allows irreversible energy dissipation and entropy production at the event of a shock when there are a lack of collisions between particles. Research is still ongoing regarding the topic of wave-particle interactions in plasma and this project aims to contribute to our understanding of this topic. To do this, measurement data of a total of 249 shock crossing events from NASA’s Magnetospheric Multiscale (MMS) mission are used to conduct a statistical study. The study aims to analyse the correlation between the electric- and magnetic field measured close to shock-crossing events, and their respective macroscopic shock parameters in different shock regions, and at three different frequency bands for the attempt of further our understanding of the dynamics of collisionless shocks. Through scatter plots, negative correlations are found between both the electric- and magnetic field power, and the different macroscopic shock parameters at various shock regions and at various frequency ranges. This leads to the suggestion of potential dependencies between the occurrence of electrostatic and electromagnetic waves and those shock parameters. However, there is still room for improvement of the statistical method used for the correlation studies. / Interaktionen mellan solvinden och jordens magnetfält skapar jordens bogchock. Det är en idealisk region för rymdfarkoster som MMS, THEMIS eller Clusters att studera kollisionsfria chocker i rymdplasma. Mer specifikt fokuserar detta projekt på vågpartikelinteraktioner i rymdplasma, vilket möjliggör irreversibel energidissipation och entropiproduktion vid en chock när det råder brist på kollisioner mellan partiklar. Forskning pågår fortfarande inom området vågpartikelinteraktioner i plasma och detta projekt syftar till att bidra till vår förståelse av ämnet. För att göra detta används mätdata från totalt 249 chocker från NASA:s Magnetospheric Multiscale (MMS)-uppdrag för att genomföra en statistisk studie. Studien syftar till att analysera korrelationen mellan de elektriska och magnetiska fälten som mäts nära chocker och deras respektive makroskopiska chockparametrar i olika chockregioner och vid tre olika frekvensband, i ett försök att vidare förstå dynamiken hos kollisionslösa chocker. Genom spridningsdiagram hittas negativa korrelationer både mellan de elektriska och magnetiska fältstyrkan och de olika makroskopiska chockparametrarna vid olika chockregioner och frekvensband. Detta leder till förslaget om potentiella samband mellan förekomsten av elektrostatiska och elektromagnetiska vågor och dessa chockparametrarna. Det finns dock fortfarande utrymme för förbättring av den statistiska metoden som används för korrelationsstudierna.