オーロラ及び沿磁力線電流分布の特異パターン形成と地球磁気圏プラズマ動力学の研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07804029
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山本 隆 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (40143375)
• Keywords: 磁気圏・電離層結合 / 2次元数値シミュレーション / 沿磁力線電流 / トーラス配位 / 交換型不安定 / オメガバンド / 磁気ドリフト逆転層

Research Abstract

地球磁気圏の低エネルギー(0.1-10keV)プラズマ粒子の運動を磁力線に沿って電離層面上へ投影し、磁気圏・電離圏結合の2層の2次元数値シミュレーションモデルを作成した。このシミュレーションによって、観測から同定された巨視的(>200km)沿磁力線電流分布(領域1・2)を再現した。この結果から、我々は「内部磁気圏では低エネルギープラズマが放射線帯の外側にトーラス状に配位すること」を予測している。この配位は交換型不安定を引き起こして、プラズマ分布の極側にオメガバンドを形成する[Yamamoto et al.,1993;JGG]と考えられるが、常に不安定になるわけではなく、安定性にはプラズマシートからローブにかけての磁場強度の増大による、(プロトンの)東向き磁気ドリフトが重要な役割を果たすと思われる。この「プラズマシート極側の安定性問題」を線型理論及びシミュレーションによって調べた。
特に平成7年度の具体的な進展状況及び新たに得られた知見は以下の通りである。
1.統計的磁気圏磁場モデルから磁気ドリフト速度を計算し、それらの電離層面上への射影ベクトルの(各磁力線についての)平均値を求めて、ドリフト速度の2次元分布図を作成しつつあるが、真夜中子午線上での分布については、惑星間空間磁場の効果をパラメータとして取り入れた形でその作成はほぼ完成した。その結果、磁気ドリフト速度は磁力線の開閉領域の境界で大きさはあまり変えずにその向きを反転することが判った。
2.上記シミュレーションモデルを使って磁気圏低エネルギープラズマトーラスの安定性を調べた結果、上述の磁気ドリフト逆転層が存在すれば、通常トーラス全体は安定に存在できるが、サブストーム回復期におけるようにトーラス粒子が磁力線閉領域に集中して分布するときには交換型不安定になることが判った。