高速磁気リコネクションの三次元モデリングと計算機シミュレーション

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05455016
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 鵜飼 正行 愛媛大学, 工学部, 教授 (10036444)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 徹 愛媛大学, 工学部, 助手 (60196524)
• Keywords: 磁気リコリクション / MHD衝撃波 / 太陽フレア- / 磁気圏サブストーム / 計算機シミュレーション / モデル化 / 自発的モデル / プラズモイド

Research Abstract

太陽フレアや磁気圏嵐など宇宙プラズマカタストロフィ現象に対して高速磁気リコネクション機構が基本的に重要である事が近年の観測衛星によりますます明らかにされつつある。高速磁気リコネクション機構の問題に対して、外部境界条件によって高速リコネクションが駆動されるとする従来からの定説(外部駆動モデル)に対し、申請者は系内部の局所的なプラズマ散逸条件(異常抵抗)との非線形結合によりグローバルな高速リコネクション機構が一種のグロスインスタビリティとして実現しうるという基本概念(自発的モデル)を提唱してきた。本研究では、精度良い電磁流体コードを用いて系統的にシミュレーションを実行し、高速リコネクション機構の基礎物理を詳しく調べるとともに、独自に提唱している自発的モデルを用いて実際のフレア-現象や磁気圏サブストーム現象への応用を試みた。特に、磁気圏サブストームで最も顕著な現象のひとつと認識されている大規模プラズモイドの発展と伝搬の物理機構を特性的パラメータを変化させる事により定量的に調べ、他の手段(観測や理論解析)では難しい、プラズモイドの伝搬速度、駆動機構、基本的構造を詳しく知る事ができた。更に、太陽フレア-で観測された磁気ループの発展とループ頂上での加熱現象に応用し、自発的モデルを適用する事により無理なく説明し得る事を示した。即ち、リコネクションに伴う超音速プラズマジェットと浮上磁気ループとの相互作用からファーストショックが形成され、その結果磁気ループ頂上で強い加熱が生じる事を定量的に明らかにした。また、三次元高速磁気リコネクション機構のシミュレーションを実行し、三次元的電磁流体ショックの構造、磁場や電流システムのトポロジカルな変形、等について定量的に詳しく調べた。

Research Products

• [Publications] M.UGAI: "Computer Studies on Powerful Magnetic Energy Conversion by the Spontaneous fast Reconnection Mechanism" Physics of Plasmas. 2. 388-397 (1995)
• [Publications] M.UGAI: "Computer Studies on the Fast Reconnection Mechanism under an Externally Driven Boundary Condition" Physics of Plasmas. 1. 2853-2863 (1994)
• [Publications] M.UGAI,T.SHIMIZU: "Computer Studies on Noncoplanar Slow and Intermediate Shocks Associated with the Sheared Fast Reconnetion Mechanism" Physics of Plasmas(formally Phys.Fluids B). 1. 296-307 (1994)